色散光谱仪的基本性能参数

1、4.2 色散光谱仪的基本性能参数色散光谱仪的基本性能参数1色散本领色散本领角色散：角色散：D= d / d线色散：线色散： Dl= d l / d= D f 2i1 i2 di 1 1 2 1 2 d 1 1Dl D表示波长差为单位波长的两同级主极大分开的角距离。表示波长差为单位波长的两同级主极大分开的角距离。4 光谱仪器分类和基本性能光谱仪器分类和基本性能4.1 光谱仪器分类光谱仪器分类2色分辨本领色分辨本领 + + d min: 在在附近附近, 可分辨的最小波长差可分辨的最小波长差色分辨本领：色分辨本领：A = / minA表征仪器对不同波长谱线的分辨能力。表征仪器对不同波长谱线的分辨能力

2、。3自由光谱区自由光谱区定义：入射光波长在定义：入射光波长在 +连续波连续波 段内产生的段内产生的m级光谱不发生越级重级光谱不发生越级重 叠叠, 对应的对应的叫做自由光谱区叫做自由光谱区.据定义有：据定义有： = / m : 入射波长的下限，入射波长的下限， : : 不产生越级重叠的最大入射波长范围不产生越级重叠的最大入射波长范围越级重叠时（越级重叠时（m+1)= m ( +） = 0狭缝准直系统棱镜暗盒棱镜台旋转调节机构成像系统成像调焦机构CCD光强分布测量仪反光镜旋转调节手轮看谱窗光源（自配自配）5 棱镜、光栅和棱镜、光栅和F-P干涉仪的分光性能干涉仪的分光性能5 51 1 棱镜光谱仪棱镜

3、光谱仪52 光栅光谱仪光栅光谱仪 光栅光谱仪的性能参数，从不同角度表征了一光栅光谱仪的性能参数，从不同角度表征了一个光栅的分光能力。个光栅的分光能力。色散本领：色散本领：表征光栅将不同波长的同级表征光栅将不同波长的同级 主极大在主极大在空间分开的程度。空间分开的程度。52 光栅光谱仪光栅光谱仪1色散本领色散本领 色散：复色光经光栅后，不同波长的同色散：复色光经光栅后，不同波长的同 一级谱线出现一级谱线出现 在不同在不同的方位上。的方位上。角色散：角色散：D= d / d D表示波长差为单位波长的表示波长差为单位波长的 两同级主极大分开的角距离两同级主极大分开的角距离线色散：线色散： Dl= d

4、 l / d Dl 表示波长差为单位波长的两同表示波长差为单位波长的两同 级主极大在接收屏上的线距离。级主极大在接收屏上的线距离。 2i1 i2 di 1 1 2 1 2 d 1 1Dl D= d / d = m / d cos 角色散：角色散：可见：可见：当当较小时，（较小时，（cos m1） 1）D主要由主要由d，m决定，与决定，与N无关。无关。 2）d / d = m/ d ，线性变化线性变化 光谱为匀排光谱。光谱为匀排光谱。 3）m = 0时无色散，时无色散，m D。 4）d D。（。（d一般一般10-210-3mm）线色散：当线色散：当 较小时的线色散较小时的线色散 Dl = d l

5、 / d f D = m f /dcos m 2 1 2 d 1 1Dl 2色分辨本领色分辨本领 d d 可分辨可分辨恰可分辨恰可分辨不可分辨不可分辨其中：其中： d ：1，2两同级谱线的角距离两同级谱线的角距离瑞利判据：瑞利判据： ：谱线的半角宽度：谱线的半角宽度 + + d A= / min = mN = Ndsin / 所以有：所以有：当当d = 时有对应的时有对应的 minmdNdDmcoscosmin 求求 A= / min 的表达式的表达式讨论：讨论： A= / =mN=Ndsin / m D ，两谱线中心分得越开，两谱线中心分得越开 N ，谱线越细锐。，谱线越细锐。 m，NA。

6、问题：问题： 1是否可无限增大是否可无限增大m，而得到大，而得到大A呢？呢？ 受单缝衍射限制，受自由光谱区限制受单缝衍射限制，受自由光谱区限制. 2有效光栅缝数问题。有效光栅缝数问题。例：若光栅例：若光栅 1200/mm 光栅长光栅长 L=5cm 则则 N=6104 m=1 时时 A= 6104 若取若取 = = 600nm nm 则则 = 001nm3自由光谱区自由光谱区据定义有据定义有（m+1)=m（ +） = / m = 2/ dsin其中：其中： 为入射波长的下限。为入射波长的下限。 不产生越级重叠的最大入射波长范围不产生越级重叠的最大入射波长范围5. 3 法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗

7、干涉仪1色散本领色散本领2nhcos = m -第第m级亮环对透镜中心的张角级亮环对透镜中心的张角.2nhcos 1 = m 12nhcos 2 = m 2 1 1 2 1 2 d D= d / d 求求D 的表达式的表达式由由 2nhcos =m 有有 - 2nhsin d =md tgnhmddD1sin2讨论讨论: （1） “-”号表示号表示d d 。 （2）D1/tg ， tg m D。 圆环中心圆环中心 0，D 。 （3）D 1/ ， D。 同级条纹短波段比长波段的光角色散大同级条纹短波段比长波段的光角色散大tgnhmddD1sin2 例例5：设计一个平面透射光栅。当用白光垂直：设计

8、一个平面透射光栅。当用白光垂直照射时，能在照射时，能在300衍射角方向上观察到衍射角方向上观察到600nm的第二级谱线，并能在该处分辨的第二级谱线，并能在该处分辨=0.005nm的两条谱线，可是在的两条谱线，可是在300衍射角衍射角方向上却测不到方向上却测不到400nm的第三级谱线。的第三级谱线。解：设光栅透光部分宽度为解：设光栅透光部分宽度为a，不透光部，不透光部 分宽度为分宽度为b，总刻线宽度为，总刻线宽度为H。确定确定 a=？，？，b=？。？。 对对=600nm的光波的光波 =（ a+b ）sin30o=2 600nm （ a+b ）=2400nm对对=400nm的光波的光波 =（ a+

9、b ）sin30o=3 400nm（缺级）（缺级） a sin30o =n400nm （ d/a=3/n）已知：已知：（ a+b ）= 2400nm； d/a=3/n n=1 a=800nm， b =1600nm； n=2 a=1600nm，b =800nm； 取取a=800nm，b=1600nm，d=2400nm 确定确定H=Nd=？ 据条件据条件 =600nm, m=2时时, =0.005nm要求：要求：A= / =1.2105 则则 A=mN=2H/d=1.2105 有有 H144mm，取，取H=150mm。 平面透射光栅，不透光部分为透光平面透射光栅，不透光部分为透光部分的两倍，光栅每

10、厘米长度内刻线部分的两倍，光栅每厘米长度内刻线250条，光栅长为条，光栅长为4cm。包含有两种波长。包含有两种波长的光垂直入射到光栅上的光垂直入射到光栅上(1=600nm，2=600.5nm)，用焦距为，用焦距为1m的透镜将衍的透镜将衍射光聚焦在屏上。求：在的单缝衍射中射光聚焦在屏上。求：在的单缝衍射中央极大区内将出现几条干涉条纹？央极大区内将出现几条干涉条纹？例例6：sin -2 级级 -1级级 0 1级级 2级级I/I0 解：已知解：已知 b =2a，则，则 d=a+b=3a 1/d 2/d1/a 2/a 两种光波入射两种光波入射,屏上出现两组衍射条纹屏上出现两组衍射条纹.据缺级条件据缺级

11、条件:m=md/a=3m 即即:干涉主极大的干涉主极大的3,6,9级缺级。级缺级。 对对1 、2两光波均如此。两光波均如此。在在1 的中央主极大内：的中央主极大内：对对2有（有（2m-1）= 5条谱线条谱线对对1有（有（2m-1）= 5条谱线条谱线屏上可看出多少条谱线？屏上可看出多少条谱线？考虑光栅的分辨本领考虑光栅的分辨本领光栅的分辨本领光栅的分辨本领 A= mN N=4250=1000， A=1000m要求要求 A= / = 600/0.5 =1200对对 m=0，A=0 m=1，A=1000 1200中央亮区内出现七条主极强谱线。中央亮区内出现七条主极强谱线。（不可分辨）（不可分辨）（可分辨）（可分辨）（不可分辨）（不可分辨）1光栅单色仪的基本构造： 1. 单色仪简介：