光栅式光谱仪原理

1、一、平面衍射光栅的分光原理(一)光栅方程式反射式平面衍射光栅是在高精度平面上刻有一系列等宽而又等间隔的刻痕所形成的元件， 般的光栅在一毫米内刻有几十条至数千条的刻痕，刻划面积可达到600mmX400mm。如图12-7所示，当一束平行的复合光入射到光栅上，光栅能将它按波长在空间分解为光谱， 这是由于多缝衍射和干涉的结果。光栅产生的光谱，其谱线的位置是由多缝衍射图样中的主 最大条件决定的。如图12-7所示，相邻两刻线对应的光线和光线的光程差为：A = d ( sill i + sui &见物光P196 (5-71 )式从波动光学可知：多缝夫琅和费衍射的强度分布公式为:相干光束干涉极大值的条件为:A

2、 =Q = m/.)In 7T 1由式（1）和（2）可得相邻两光线干涉极大值的条件一一光栅方程式为:dsmi + 浏nS） = mA-（3）式中i一一入射角e衍射角d刻痕间距，通常称为光栅常数m光谱级次，m= ：（3）式可改写成：Q = aicsiiif-y1 - sin ?（4）。（二）讨论由（4）式看出，当栅距d和入射角i 一定时，跳两:*%及 % t, B t从 级开始，不同波长的同一级主最大，按波长次序由短波向长波散开（图12-8）。m=0时，零级光所有波长都混在一起，没有色散，称零级光谱。其位置对应于反射方 向，即9 = 7在零级光两边，m0称正极光谱；m0称负级光谱。算-1+ th

3、 L A.i=400mnH-24-1+J (k L*M=500mn* -1+J (k L#（三）限制条件最高光谱级次受条件sinz +in 2限制+j即川皿（5九这是为获得某一波长的皱流光谱而选用光播时瞬蓬守的.二、平面衍射光棚的基本特性卜l光握的角色散率（d一定，AJ时角i不变）小对光播方程式式邀分，得=wd c-s8 d8 = mdp瓯=cIa d cos&讨论* （i）竺与光栅常数d成反比，在遵守（5）式条件下，d选小的可获得大的色散率。(2)竺与血成正比丫眼dO中JT 1W /TdO小 方T与E如成反比，当改变教时，ST, co河4则L-I Af色散率)+J常数“(4)在靠近光概平面的

4、法盆范围为HtOzofBtL 式为=M&T0则己与差不多成线性关系这神色歆为常歇的光谱称为*正常光谱/或*习排光谱”.，巳光保的线色散率实用中常用逆线色散率来表示，单位一般用nm/mm。3.光栅的分辨率图 1210/光播的分辨率也是以代=无来表示u根锯分辨率两条波长差为办的等强度谱线的瑞利判据确定R=设正入射尊=。）情况下的一批光概，其被长X的皴瑟条耕足条件d sui 0m = mAy波枝 A + rU 的.吨懿耕足条件*dSinS = m（X +d A ）+jAAAAAAA iYiAAAAA波长的.熙做纹外第一最小iiS捉条件ydSiuB mi二 Ga+1 穴）（物光P192（5-68）式）

5、一-刻盆哽根据瑞利判据，当渡长X的第一最小值落在（X +W的级最大值处,这两条渡长谱能可被分族，即=40.1=0 M秫+ 九二秫（人+人）4（8）式就是光栅理论分辨率公式。可知:提高信缱g,增in总旎曜m,可增捌舞率e y在蹒I宽度一定酎,减小唾技,可增大技T 蹈与赛高相矛盾【因为翘式,600? 0.0081 6Qx 1200三、光痼拜色仪系举图12-11中，入射狭缝S1和出射狭缝S2都位于色散系统的同一侧，都在M的焦面上。 由入射狭缝S1发出的光束，经凹面反射镜M反射后成为平行光束，投射到光栅G上，经 光色散后的光束重新投射到M上，经M聚焦由平面镜M1转折到S2狭缝射出。四、光栅的转动机构当入射角i固定时，光栅的波长扫描关系式可用下式表示：m=就mini + sin 81+式中,A = d sill i =常数,0烦1射角,.为光请缀吹.w式中, = g- ,式=旦 均为成则成正比.w 洗m用正弦输曜使光通谜砌疆被长璃.4值中,AC = EBC = sm& 0 如诙正弦St御中EC与A成蛇性关系.可从蟾直藏出波长A的信| 111 III图 12- 12+J入射光单色仪和分光光度计中，入射和出射狭缝位置都是固定的，所以一旦光栅