光柵光譜儀的選擇方法介紹

更新日期：2022-08-31 點擊次數(shù)：3130

光柵光譜儀，是將成分復(fù)雜的光分解為光譜線的科學(xué)儀器。通過光譜儀對光信息的抓取、以照相底片顯影，或電腦化自動顯示數(shù)值儀器顯示和分析，從而測知物品中含有何種元素。光柵光譜儀被廣泛應(yīng)用于顏色測量、化學(xué)成份的濃度測量或輻射度學(xué)分析、膜厚測量、氣體成分分析等領(lǐng)域中。

光柵光譜儀的工作原理先是衍射光柵，它是在一塊平整的玻璃或金屬材料表面（可以是平面或凹面）刻畫出一系列平行、等距的刻線，然后在整個表面鍍上高反射的金屬膜或介質(zhì)膜，就構(gòu)成一塊反射試驗射光柵。相鄰刻線的間距d稱為光柵常數(shù)，通?？叹€密度為每毫米數(shù)百至數(shù)十萬條，刻線方向與光譜儀狹縫平行。入射光經(jīng)光柵衍射后，相鄰刻線產(chǎn)生的光程差。光柵方程將某波長的衍射角和入射角通過光柵常數(shù)d起來，為入射光波長，m為衍射級次，取等整數(shù)。式中的“”號選取規(guī)則為：入射角和衍射角在光柵法線的同側(cè)時取正號，在法線兩側(cè)時取負(fù)號。

光柵作為重要的分光器件，它的選擇與性能影響整個系統(tǒng)性能。

光柵分為刻劃光柵、復(fù)制光柵、全息光柵等。刻劃光柵是用鉆石刻刀在涂薄金屬表面機(jī)械刻劃而成；復(fù)制光柵是用母光柵復(fù)制而成。典型刻劃光柵和復(fù)制光柵的刻槽是三角形。全息光柵是由激光干涉條紋光刻而成。全息光柵通常包括正弦刻槽。刻劃光柵具有衍射效率高的特點，全息光柵光譜范圍廣，雜散光低，且可作到高光譜分辨率。

在曲率半徑為R的凹面反射光柵的主截面上(即通過光柵中心而垂直于光柵刻線的平面)，存在一個直徑為R的圓。當(dāng)狹縫和光柵都在這個圓上時，則這個圓就是狹縫衍象焦點的軌跡。這個圓稱為羅蘭(Rowland)圓，這時凹面光柵同時起到準(zhǔn)直與聚焦的作用。

光柵方程同樣也適用于凹面光柵：d(sinα+sinβ)=ml (m=0，±1，±2……)

但式中光柵常數(shù)d并不是光柵刻線間的距離d’，而是d’在弦上的投影，即d=d’cosα。在凹面光柵表面上，刻線是不等距離的，而光柵圓弧所對應(yīng)的弦上是等距離的。由于凹面光柵曲率半徑比羅蘭圓大一倍，所以必須保證凹面光柵的中點與羅蘭圓相切，其他各點對稱地偏離羅蘭圓。

選擇光柵主要考慮如下因素：

1、閃耀波長，閃耀波長為光柵*大衍射效率點，因此選擇光柵時應(yīng)盡量選擇閃耀波長在實驗需要波長附近。如實驗為可見光范圍，可選擇閃耀波長為500nm。

2、光柵刻線，光柵刻線多少直接關(guān)系到光譜分辨率，刻線多光譜分辨率高，刻線少光譜覆蓋范圍寬，兩者要根據(jù)實驗靈活選擇。

3、光柵效率，光柵效率是衍射到給定級次的單色光與入射單色光的比值。光柵效率愈高，信號損失愈小。為提高此效率，除提高光柵制作工藝外，還采用特殊鍍膜，提高反射效率。