最新《光学》课件之四： 光栅光谱仪课件ppt.ppt

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1、《光学》课件之四：光栅光谱仪复习一、夫琅和费多缝衍射(平面光栅)：振幅分布：Aθ=a0(sinα/α)(sinNβ/sinβ)强度分布：Iθ=a02(sinα/α)2(sinNβ/sinβ)2其中：α=πasinθ/λβ=πdsinθ/λ(sinα/α)2:单缝衍射因子(sinNβ/sinβ)2:缝间干涉因子。2二、缝间干涉因子的特点：1、主极强的位置：sinθ=kλ/d或dsinθ=kλ2、主极强的强度：Iθ=N2I10（I10：单缝零级强度）3、主极强的数目：∣k∣﹤d/λ（∣sinθ∣≦1，若：λ≧d,k只能取零，除零级外，无其它

2、主极强。）372、用缝光源照明时，看到的衍射图样中，有几套不同颜色的亮线（谱线），它们各自对应一个波长。各种波长的同级谱线集合起来构成光源的一套光谱，光栅具有分光作用。3、光栅的光谱与棱镜的光谱有一个重要的区别：光栅的光谱一般有许多级，每一级是一套光谱，总的有几套光谱，而棱镜光谱只有一套。8二、光栅的色散本领和色分辨本领1、光栅的性能标志主要有两个：色散本领和色分辨本领。2、色散本领：为了描述波长差δλ的两条谱线其角间隔δθ或在幕上的距离Δl有多大.角色散本领定义：Dθ=δθ/δλ线色散本领定义：Dl=δl/δλ设光栅后面聚集物镜焦距为

3、f:δl=fδθDl=ƒDθ93、光栅的色散本领：sinθk=kλ/d→cosθkδθk=kδλ/dDθ=δθ/δλ=k/dcosθkDl=δl/δλ=kƒ/dcosθkDθ∝1/dDl∝f/d为了增大角色散本领d要小，每mm内数百条或上千条缝：d≈10-2～10-3mm。对于1级光谱（k=1）:Dθ≈0.1ˊ/埃～1ˊ/埃，为了增大线色散本领，ƒ常达数米,Dl≈0.1～1mm/埃.10114、光栅的色分辨本领色散本领只反映谱线（主极强）中心分离的程度，它不能说明两条谱线是否重迭，要分辨波长很接近的谱线需要每条谱线都很细。λλ+δλ角间

4、隔：δθ谱线半角宽度:Δθ无法分辨:Δθ＞δθ刚好分辨:Δθ=δθ较好分辨:Δθ＜δθ（见图2-2）12瑞利判据：Δθ=δθ两条谱线刚好分辨的极限谱线的半角宽度：△θ=λ/(Ndcosθk)δλ=δθ/Dθ=△θ/Dθ=(λ/Ndcosθk)/[k/(dcosθk)]=λ/(Nk)δλ越小，色分辨本领越大。分光仪器的色分辨本领定义为：R=λ/δλ光栅的色分辨本领公式为：R=Nk只与k、N有关，与d无关。1314（Note:Dl=δl/δλ=kƒ/dcosθk,d=1/200=0.005(mm),k=1）15三、量程与自由光谱范围1、量程

5、：光栅能够测定的波长的最大范围dsinθk=kλ,︱θk︱≤900,∣sinθ∣≦1,所以：λM＜d即：工作于不同波长段的光栅光谱仪，要选用光栅常数适当的光栅备件。162、自由光谱范围考虑光栅光谱中可能发生邻级光谱线重迭的现象，λm与λM受到限制。例：λ1=800埃λ2=400埃则:λ1的一级谱线正好与λ2的二级谱线重迭。所以对于一级谱线来说：λm＞λM/217四、闪耀光栅1、透射光栅的缺点：对于零级无色散级：(sinα/α)2与(sinNβ/sinβ)2都最大：1和N2这意味着0级主极强占有了总光能的很大一部分，其余各级谱线的强度比较

6、小，不便于观测。182、闪耀光栅（平面反射光栅）目的：将单缝衍射0级与缝间干涉0级错开，从而把光能移到所需要的某一级谱线上（让零级成为缺级）。方法：选择两种照明方式：第一种：平行光束沿槽面法向方向n入射。第二种：平行光束沿光栅平面法线方向N入射（见图2-3）。1920第一种照明方式：单槽衍射的0级是几何光学的反射方向，即沿原方向返回（θb）。相邻槽面之间，在n方向上的光程差：△L=2dsinθb（为什么有系数2？）满足2dsinθb=λ1b的λ1b称为一级闪耀波长（此时k=1）。可见：光栅单槽衍射0级主极强正好与的一级槽间的主极强重迭。

7、2122考虑到a≈d,λ1b的其它级（包括0级）都几乎落在单槽衍射击的暗线位置，形成缺级，这样80%～90%的光能集中在光的一级谱线上，使其强度大大增加（见图2-4）。同理：若λ2b满足，2dsinθb=2λ2b（此时k=2），光强集中在于级闪耀波附近的二级光谱中。显然：可以通过设计不同的闪耀角b，使光栅适用于某一特定波长的某一级光谱上。23第二种照明方式：平行光束沿光栅平面法线N入射，经槽面反向的几何光线与入射方向有2θb的夹角。这时相邻槽面间的光程差将为:△L=dsin2θb有关这种照明方式衍射图样的分析与第一种类似，只是需采用斜入

8、射的公式进行处理（见§1习题3）。作业：P303、4.24§3三维光栅晶体对X射线的衍射一、X射线1895年德国的伦琴偶然发现。故也称伦琴射线。AK高压高速电子束轰击固体靶时所产生的一种波长极短的电磁辐射。