入射光波长在λ课件

4.2色散光谱仪的基本性能参数1．色散本领角色散：Dθ=dθ/dλ线色散：Dl=d

l/dλ=Dθf2i1’i2’di’

12θ1

θ2

dθ1Dl

Dθ—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4.1光谱仪器分类4.2色散光谱仪的基本性能参数1．色散本领角色散：Dθ=12．色分辨本领

+

d

λmin:在λ附近,可分辨的最小波长差色分辨本领：A=λ/

λminA表征仪器对不同波长谱线的分辨能力。2．色分辨本领+dλmin:在λ附23．自由光谱区定义：入射光波长在λ~λ+Δλ连续波段内产生的m级光谱不发生越级重叠,对应的Δλ叫做自由光谱区.据定义有：

Δλ=λ/m

λ:入射波长的下限，λ:不产生越级重叠的最大入射波长范围越级重叠时（m+1)λ=m(λ+Δλ）=03．自由光谱区定义：入射光波长在λ~λ+Δλ连续波据3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）§5棱镜、光栅和F-P干涉仪的分光性能5．1棱镜光谱仪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C45．2光栅光谱仪5．2光栅光谱仪5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。色散本领：表征光栅将不同波长的同级主极大在空间分开的程度。5．2光栅光谱仪1．色散本领

色散：复色光经光栅后，不同波长的同一级谱线出现在不同的方位上。光栅光谱仪的性能参数，从不同角度表征了一个光6角色散：Dθ=dθ/dλ

Dθ—表示波长差为单位波长的两同级主极大分开的角距离线色散：Dl=d

l/dλ

Dl—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。2i1’i2’di’

12θ1

θ2

dθ1Dl

角色散：Dθ=dθ/dλ线色散：Dl=dl/7

Dθ=d

θ/dλ=m/dcosθ

角色散：可见：当θ较小时，（cosθm≈1）

1）Dθ主要由d，m决定，与N无关。2）d

θ/dλ=m/d，θ～λ线性变化

光谱为匀排光谱。3）m=0时无色散，m↑→Dθ↑。4）d↓→Dθ↑。（d一般10-2～10-3mm）Dθ=dθ/dλ=m/dcosθ角色8线色散：当θ较小时的线色散Dl=dl/dλ≈f’Dθ=mf’/dcosθm2θ1

θ2

dθ1Dl

线色散：当θ较小时的线色散Dl=dl/dλ92．色分辨本领

d

<d

=d

>d

可分辨恰可分辨不可分辨其中：d：λ1，λ2两同级谱线的角距离瑞利判据：

：谱线的半角宽度

+

d

2．色分辨本领d<d10A=λ/λmin=mN=Ndsinθ/λ所以有：当d=

时有对应的

λmin求A=λ/

λ

min的表达式A=λ/λmin=mN=Ndsinθ/11讨论：A=λ/

λ=mN=Ndsinθ/λ∵m↑→Dθ↑，两谱线中心分得越开N↑→

↓，谱线越细锐。∴m↑，N↑→A↑。

问题：1．是否可无限增大m，而得到大A呢？受单缝衍射限制，受自由光谱区限制.2．有效光栅缝数问题。讨论：A=λ/λ=mN=Ndsinθ/λ∵12例：若光栅1200/mm光栅长L=5cm则N=6×104

m=1

时A=6×104

若取λ=600nm则

λ=0．01nm例：若光栅1200/mm133．自由光谱区据定义有（m+1)λ=m（λ+Δλ）

Δλ=λ/m=λ2/dsinθ其中：为入射波长的下限。——不产生越级重叠的最大入射波长范围3．自由光谱区据定义有（m+1)λ=m（λ+Δλ）Δλ145.3法布里-珀罗干涉仪1．色散本领2nhcos=m

---第m级亮环对透镜中心的张角.2nhcos

1=m12nhcos2=m212

1

2

d

Dθ=dθ/dλ

5.3法布里-珀罗干涉仪1．色散本领2nhcos15求D

的表达式由2nhcos

=m

有-2nhsin

d

=md

求D的表达式由2nhcos=m16讨论:（1）“-”号表示d↑→d↓。（2）D∝1/tg

，

↓→tg

↓→m↑→

D↑。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讨论:17入射光波长在λ课件18例5：设计一个平面透射光栅。当用白光垂直照射时，能在300衍射角方向上观察到600nm的第二级谱线，并能在该处分辨Δλ=0.005nm的两条谱线，可是在300衍射角方向上却测不到400nm的第三级谱线。例5：设计一个平面透射光栅。当用白光垂直照射时，能在300衍19解：设光栅透光部分宽度为a，不透光部分宽度为b，总刻线宽度为H。①确定a=？，b=？。对λ=600nm的光波

Δ=（

a+b

）sin30o=2×600nm（

a+b

）=2400nm对λ=400nm的光波Δ=（

a+b

）sin30o=3×400nm（缺级）asin30o=n×400nm（d/a=3/n）已知：解：设光栅透光部分宽度为a，不透光部①确定a=？，b=20∵（

a+b

）=2400nm；d/a=3/nn=1a=800nm，b=1600nm；n=2a=1600nm，b=800nm；∴取a=800nm，b=1600nm，d=2400nm②确定H=Nd=？据条件λ=600nm,m=2时,Δλ=0.005nm要求：A=λ/λ=1.2×105则A=mN=2×H/d=1.2×105

∴有H≥144mm，取H=150mm。∵（a+b）=2400nm；d/a=3/n②21平面透射光栅，不透光部分为透光部分的两倍，光栅每厘米长度内刻线250条，光栅长为4cm。包含有两种波长的光垂直入射到光栅上(λ1=600nm，λ2=600.5nm)，用焦距为1m的透镜将衍射光聚焦在屏上。求：在的单缝衍射中央极大区内将出现几条干涉条纹？例6：平面透射光栅，不透光部分为透光部分的两倍，光22sinθ

-2级-1级01级2级I/I0

解：已知b=2a，则d=a+b=3a

λ1/dλ2/dλ1/aλ2/a··∵两种光波入射,∴屏上出现两组衍射条纹.sinθ-2级-1级01级23据缺级条件:m=m’d/a=3m’即:干涉主极大的±3,±6,±9…级缺级。※对λ1、λ2两光波均如此。在λ1的中央主极大内：对λ2有（2m-1）=5条谱线对λ1有（2m-1）=5条谱线屏上可看出多少条谱线？据缺级条件:m=m’d/a=3m’※对λ1、λ2两24考虑光栅的分辨本领光栅的分辨本领A=mN∵N=4×250=1000，∴A=1000m要求A=λ/λ=600/0.5=1200对m=0，A=0m=1，A=1000<1200m=2，A=2000>1200∴中央亮区内出现七条主极强谱线。（不可分辨）（可分辨）（不可分辨）考虑光栅的分辨本领光栅的分辨本领A=mN∵N=4×25251．光栅单色仪的基本构造：单色仪简介：是一种分光仪器，适用于单色光的产生、光谱分析和光谱特性测量等。它与分光镜、分光计、摄谱仪的有一定的区别与联系。光栅单色仪:与棱镜单色仪相比,光栅单色仪相对有许多优点。

棱镜单色仪的缺点:①分辨本领低;

②需要单独定标——输出光波长与偏转角不成正比；

③不同波段的分光元件不同——

如红外用氯化钠晶体棱镜，可见光波段用光学玻璃棱镜，

紫外光用石英晶体棱镜。1．光栅单色仪的基本构造：264.2色散光谱仪的基本性能参数1．色散本领角色散：Dθ=dθ/dλ线色散：Dl=d

l/dλ=Dθf2i1’i2’di’

12θ1

θ2

dθ1Dl

Dθ—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4.1光谱仪器分类4.2色散光谱仪的基本性能参数1．色散本领角色散：Dθ=272．色分辨本领

+

d

λmin:在λ附近,可分辨的最小波长差色分辨本领：A=λ/

λminA表征仪器对不同波长谱线的分辨能力。2．色分辨本领+dλmin:在λ附283．自由光谱区定义：入射光波长在λ~λ+Δλ连续波段内产生的m级光谱不发生越级重叠,对应的Δλ叫做自由光谱区.据定义有：

Δλ=λ/m

λ:入射波长的下限，λ:不产生越级重叠的最大入射波长范围越级重叠时（m+1)λ=m(λ+Δλ）=03．自由光谱区定义：入射光波长在λ~λ+Δλ连续波据29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）§5棱镜、光栅和F-P干涉仪的分光性能5．1棱镜光谱仪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C305．2光栅光谱仪5．2光栅光谱仪31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。色散本领：表征光栅将不同波长的同级主极大在空间分开的程度。5．2光栅光谱仪1．色散本领

色散：复色光经光栅后，不同波长的同一级谱线出现在不同的方位上。光栅光谱仪的性能参数，从不同角度表征了一个光32角色散：Dθ=dθ/dλ

Dθ—表示波长差为单位波长的两同级主极大分开的角距离线色散：Dl=d

l/dλ

Dl—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。2i1’i2’di’

12θ1

θ2

dθ1Dl

角色散：Dθ=dθ/dλ线色散：Dl=dl/33

Dθ=d

θ/dλ=m/dcosθ

角色散：可见：当θ较小时，（cosθm≈1）

1）Dθ主要由d，m决定，与N无关。2）d

θ/dλ=m/d，θ～λ线性变化

光谱为匀排光谱。3）m=0时无色散，m↑→Dθ↑。4）d↓→Dθ↑。（d一般10-2～10-3mm）Dθ=dθ/dλ=m/dcosθ角色34线色散：当θ较小时的线色散Dl=dl/dλ≈f’Dθ=mf’/dcosθm2θ1

θ2

dθ1Dl

线色散：当θ较小时的线色散Dl=dl/dλ352．色分辨本领

d

<d

=d

>d

可分辨恰可分辨不可分辨其中：d：λ1，λ2两同级谱线的角距离瑞利判据：

：谱线的半角宽度

+

d

2．色分辨本领d<d36A=λ/λmin=mN=Ndsinθ/λ所以有：当d=

时有对应的

λmin求A=λ/

λ

min的表达式A=λ/λmin=mN=Ndsinθ/37讨论：A=λ/

λ=mN=Ndsinθ/λ∵m↑→Dθ↑，两谱线中心分得越开N↑→

↓，谱线越细锐。∴m↑，N↑→A↑。

问题：1．是否可无限增大m，而得到大A呢？受单缝衍射限制，受自由光谱区限制.2．有效光栅缝数问题。讨论：A=λ/λ=mN=Ndsinθ/λ∵38例：若光栅1200/mm光栅长L=5cm则N=6×104

m=1

时A=6×104

若取λ=600nm则

λ=0．01nm例：若光栅1200/mm393．自由光谱区据定义有（m+1)λ=m（λ+Δλ）

Δλ=λ/m=λ2/dsinθ其中：为入射波长的下限。——不产生越级重叠的最大入射波长范围3．自由光谱区据定义有（m+1)λ=m（λ+Δλ）Δλ405.3法布里-珀罗干涉仪1．色散本领2nhcos=m

---第m级亮环对透镜中心的张角.2nhcos

1=m12nhcos2=m212

1

2

d

Dθ=dθ/dλ

5.3法布里-珀罗干涉仪1．色散本领2nhcos41求D

的表达式由2nhcos

=m

有-2nhsin

d

=md

求D的表达式由2nhcos=m42讨论:（1）“-”号表示d↑→d↓。（2）D∝1/tg

，

↓→tg

↓→m↑→

D↑。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讨论:43入射光波长在λ课件44例5：设计一个平面透射光栅。当用白光垂直照射时，能在300衍射角方向上观察到600nm的第二级谱线，并能在该处分辨Δλ=0.005nm的两条谱线，可是在300衍射角方向上却测不到400nm的第三级谱线。例5：设计一个平面透射光栅。当用白光垂直照射时，能在300衍45解：设光栅透光部分宽度为a，不透光部分宽度为b，总刻线宽度为H。①确定a=？，b=？。对λ=600nm的光波

Δ=（

a+b

）sin30o=2×600nm（

a+b

）=2400nm对λ=400nm的光波Δ=（

a+b

）sin30o=3×400nm（缺级）asin30o=n×400nm（d/a=3/n）已知：解：设光栅透光部分宽度为a，不透光部①确定a=？，b=46∵（

a+b

）=2400nm；d/a=3/nn=1a=800nm，b=1600nm；n=2a=1600nm，b=800nm；∴取a=800nm，b=1600nm，d=2400nm②确定H=Nd=？据条件λ=600nm,m=2时,Δλ=0.005nm要求：A=λ/λ=1.2×105则A=mN=2×H/d=1.2×105

∴有H≥144mm，取H=150mm。∵（a+b）=2400nm；d/a=3/n②47平面透射光栅