第五版儀器分析光譜法儀器與光學儀器課件

第二節(jié)光譜法儀器與光學器件第二章

光譜分析法導論

anintroductiontoopticalanalysis

instrumentsforspectro-metryandopticalparts2022/12/261優(yōu)秀課件，精彩無限！第二節(jié)第二章

光譜分析法導論anintroduc一、光譜分析儀器原理和基本結(jié)構(gòu)1、光譜分析儀器原理例：紫外-可見吸收光譜----朗伯比耳定律2022/12/262優(yōu)秀課件，精彩無限！一、光譜分析儀器原理和基本結(jié)構(gòu)2022/12/202優(yōu)秀課件2、光譜分析儀器基本結(jié)構(gòu)（1）光源(輻射源)；（2）色散元件(單色器)；（3）盛裝樣品的容器；（4）檢測器或換能器；（5）信號處理器或讀出裝置(顯示與數(shù)據(jù)處理)mainpartsofspectrometry2022/12/263優(yōu)秀課件，精彩無限！2、光譜分析儀器基本結(jié)構(gòu)mainpartsofspec2022/12/264優(yōu)秀課件，精彩無限！2022/12/204優(yōu)秀課件，精彩無限！二、光源系統(tǒng)--要求有足夠的輸出功率以便容易檢測和測定.有足夠的穩(wěn)定性.

在儀器設(shè)計中,常將光源發(fā)出的光分為二束,一束通過試樣,另一束不通過試樣,測量兩束光信號比作為分析的變量,用以克服光源穩(wěn)定性帶來的問題.差值ΔA光源單色器吸收池檢測器顯示光束分裂器2022/12/265優(yōu)秀課件，精彩無限！二、光源系統(tǒng)--要求有足夠的輸出功率以便容易檢測和測定.有足

依據(jù)方法不同，采用不同的光源：火焰、燈、激光、電火花、電弧等依據(jù)光源性質(zhì)不同，分為：1、連續(xù)光源：應用于紫外-可見吸收，分子熒光、分子磷光、紅外吸收光譜中。能在較大波長范圍提供連續(xù)波長的光源如：氫燈、氘燈、鎢絲燈等在紫外光區(qū)最普通的光源是氫燈或氘燈.需要特別強的光源時,選用高壓、充有氬氣、氦氣或汞蒸氣的充氣弧燈.

可見光區(qū),采用鎢絲燈.

紅外光源,采用將惰性固體加熱到1500-2000K2022/12/266優(yōu)秀課件，精彩無限！依據(jù)方法不同，采用不同的光源：火焰、燈、激光、2022/12/267優(yōu)秀課件，精彩無限！2022/12/207優(yōu)秀課件，精彩無限！2、線光源—應用于原子吸收、原子熒光以及拉曼光譜中

提供特定波長的光源，常見的有：金屬蒸氣燈(汞燈、鈉蒸氣燈)、空心陰極燈、無極放電燈等；紫外和可見光區(qū)----汞蒸氣燈和鈉蒸氣燈原子吸收和原子熒光光譜----空心陰極燈和無極放電燈2022/12/268優(yōu)秀課件，精彩無限！2、線光源—應用于原子吸收、原子熒光以及拉曼光譜中2022/空心陰極燈陰極:鎢棒作成圓筒形，筒內(nèi)熔入被測元素陽極:鎢棒裝有鈦,鋯,鉭金屬作成的陽極管內(nèi)充氣：氬或氖稱載氣，極間加壓500--300伏，要求穩(wěn)流電源供電。2022/12/269優(yōu)秀課件，精彩無限！空心陰極燈陰極:鎢棒作成圓筒形，筒內(nèi)熔入被測元素2022/空心陰極燈的原理

施加適當電壓時，使陰極表面的金屬原子濺射出來，濺射出來的金屬原子與電子、惰性氣體原子及離子發(fā)生撞碰而被激發(fā)，發(fā)射出相應元素的特征譜線-----共振譜線。用不同待測元素作陰極材料，可制成相應空心陰極燈。2022/12/2610優(yōu)秀課件，精彩無限！空心陰極燈的原理施加適當電壓時，使陰極表面的金屬原子濺3、激光光源—高單色性，方向性強，亮度高，相干性好拉曼光譜，分子吸收光譜，發(fā)射光譜，傅立葉變換紅外光譜等2022/12/2611優(yōu)秀課件，精彩無限！3、激光光源—高單色性，方向性強，亮度高，相干性好2022/三、波長選擇系統(tǒng)2022/12/2612優(yōu)秀課件，精彩無限！三、波長選擇系統(tǒng)2022/12/2012優(yōu)秀課件，精彩無限！色散元件的功能：使光發(fā)生色散，使光按照波長順序排列，常用光柵或棱鏡狹縫的功能：采光，即采集按照波長順序排列的而一定波段的光進入檢測系統(tǒng)進行檢測狹縫的選擇:

一般來說,狹縫越小，光譜的分辨率越高,越接近真實光譜.但狹縫太小光信號太弱,檢測器難以有效測到光信號.

所以,如果需要得到高分辨率光譜,可以采用較小寬度的狹縫.

如果進行定量測定,則適當采用較大寬度的狹縫.2022/12/2613優(yōu)秀課件，精彩無限！色散元件的功能：使光發(fā)生色散，使光按照波長順2022/1（一）單色器：將復合光分解成單色光或有一定寬度的譜帶的裝置。主要部件：（1）進、出口狹縫；（2）準直裝置(透鏡或反射鏡)：使輻射束成為平行光線傳播的透鏡或反射鏡

（3）色散元件(棱鏡、光柵)：使不同波長的輻射以不同的角度進行傳播；（4）聚焦透鏡或凹面反射鏡：使每個單色光束在單色器的出口曲面上成像2022/12/2614優(yōu)秀課件，精彩無限！（一）單色器：將復合光分解成單色光或有一定寬度的譜帶的裝置。棱鏡單色儀—用來色散紫外、可見和紅外輻射2022/12/2615優(yōu)秀課件，精彩無限！棱鏡單色儀—用來色散紫外、可見和紅外輻射2022/12/20光柵單色儀—有透射光柵和反射光柵。2022/12/2616優(yōu)秀課件，精彩無限！光柵單色儀—有透射光柵和反射光柵。2022/12/2016優(yōu)(二)濾光片1、吸收濾光片---由有色玻璃或夾在玻璃兩片間的分散在明膠薄層中的吸光染料組成。適用于可見光區(qū)。特點：帶寬較寬，透射效率低。用于較簡單的定量測定，便宜，較好的熱穩(wěn)定性。2、干涉濾光片---由兩層半透明銀膜和銀膜間的介電薄膜（氟化鈣或氟化鎂）組成?？色@得較窄的輻射寬帶。

波長選擇性比吸收濾光片好。2022/12/2617優(yōu)秀課件，精彩無限！(二)濾光片2022/12/2017優(yōu)秀課件，精彩無限?。ㄈ├忡R—根據(jù)光的折射現(xiàn)象進行分光棱鏡對不同波長的光具有不同的折射率，波長長的光，折射率?。徊ㄩL短的光，折射率大。平行光經(jīng)過棱鏡后按波長順序排列成為單色光；經(jīng)聚焦后在焦面上的不同位置上成像，獲得按波長展開的光譜；

2022/12/2618優(yōu)秀課件，精彩無限?。ㄈ├忡R—根據(jù)光的折射現(xiàn)象進行分光棱鏡對不同波長的棱鏡的光學特性可用色散率和分辨率來表征；（1）色散率

角色散率：用dθ/dλ表示，表示偏向角θ對波長的變化率；

棱鏡的頂角α越大或折射率n越大，角色散率越大，分開兩條相鄰譜線的能力越強，但頂角越大，反射損失也增大，通常為60度角；

2022/12/2619優(yōu)秀課件，精彩無限！棱鏡的光學特性可用色散率和分辨率來表征；（1）色散率（2）分辨率

相鄰兩條靠得很近的譜線分開的能力：；兩條相鄰譜線的平均波長；△λ：兩條譜線的波長差；b：棱鏡的底邊長度；n：棱鏡介質(zhì)材料的折射率。棱鏡的分辨能力取決于棱鏡的幾何尺寸和材料；

分辨率與波長有關(guān)，長波的分辨率要比短波的分辨率小，棱鏡分離后的光譜屬于非均排光譜。2022/12/2620優(yōu)秀課件，精彩無限?。?）分辨率相鄰兩條靠得很近的譜線分開的能力：（四）光柵

通過在平板玻璃或金屬板上刻劃出一道道等寬、等間距的刻痕制成。常用的光柵刻痕密度每毫米為1200條、1800條或2400條；根據(jù)工作方式不同分為：透射光柵，反射光柵（平面反射光柵，凹面反射光柵）；2022/12/2621優(yōu)秀課件，精彩無限?。ㄋ模┕鈻磐ㄟ^在平板玻璃或金屬板上刻劃出一道道等寬、等光柵光譜的產(chǎn)生是多狹縫干涉與單狹縫衍射共同作用的結(jié)果，前者決定光譜出現(xiàn)的位置，后者決定譜線強度分布；2022/12/2622優(yōu)秀課件，精彩無限！光柵光譜的產(chǎn)生是多狹縫干涉與單狹縫衍射共(1)光柵的色散原理光柵公式：d(sinα±sinθ)=Kλ=nλα、θ分別為入射角和衍射角；K或n為光譜級次,K=0,

±1,±2,…整數(shù)

d為光柵常數(shù)(mm):相鄰兩刻痕間的距離λ為入射光的波長2022/12/2623優(yōu)秀課件，精彩無限！(1)光柵的色散原理光柵公式：d(sinα±sinθ)=K光柵公式

d(sinα±sinθ)=Kλdsinα為相鄰入射光波Ⅰ與Ⅱ的光程差；dsinθ為相鄰衍射光波Ⅰ’與Ⅱ’的光程差；d(sinα±sinθ)為光波ⅠⅠ’與光波ⅡⅡ’的總光程差；加號表示衍射光和入射光在光柵法線的同側(cè)減號表示它們在光柵法線的異側(cè)；當一束復合光以一定的入射角α照射光柵時，不同波長的單色光在不同衍射角θ的方向發(fā)生干涉。2022/12/2624優(yōu)秀課件，精彩無限！光柵公式d(sinα±sinθ)=Kλ2022/12/

在某一光譜級次中，即當K,α,d一定時，波長愈長的單色光，衍射角愈大。對于給定的光柵，可以通過旋轉(zhuǎn)光柵轉(zhuǎn)臺來獲得需要的波長范圍和光譜級次。2022/12/2625優(yōu)秀課件，精彩無限！在某一光譜級次中，即當K,α,d一定時，波（2）幾種典型的光柵A、凹面反射光柵B、閃耀光柵C、中階梯光柵D、全息光柵2022/12/2626優(yōu)秀課件，精彩無限?。?）幾種典型的光柵2022/12/2026優(yōu)秀課件，精彩無(3)光柵的性能指標光柵的特性可用色散率和分辨率來表征A、當入射角不變時，光柵的角色散率可通過對光柵公式求導得到：

dθ/dλ為衍射角對波長的變化率，即光柵的角色散率。

當θ很小，且變化不大時，cosθ≈1，光柵的角色散率決定于光柵常數(shù)

d

和光譜級數(shù)K

?？梢姽鈻诺慕巧⒙蕿橐粋€常數(shù)，不隨波長改變，是均排光譜（優(yōu)于棱鏡之處）。

角色散率只與色散元件的性能有關(guān)。2022/12/2627優(yōu)秀課件，精彩無限！(3)光柵的性能指標光柵的特性可用色散率和B、光柵的線色散率

f為會聚透鏡的焦距。在實際工作中，常用倒線色散率：用dλ/dl表示

dλ/dl

值越大，色散率越小線色散率還與儀器的焦距有關(guān)。D=2022/12/2628優(yōu)秀課件，精彩無限！B、光柵的線色散率f為會聚透鏡的焦C、光柵的分辨能力

光柵的分辨能力根據(jù)Rakleigh準則來確定。在波長相近的兩條譜線中，當一條譜線波長的極大值正好落在另一條譜線波長的極小值上時，認為這兩條線是可分辨的。實際工作中，兩衍射圖樣中間的光強約為中央最大的80%，在這種情況下，兩譜線中央最大距離即是光學儀器能分辨的最小距離（可分離的最小波長間隔）；2022/12/2629優(yōu)秀課件，精彩無限！C、光柵的分辨能力在波長相近的兩條譜線D、光柵的分辨率R光柵的分辨率R等于光譜級次（K）與光柵刻痕條數(shù)（N）的乘積：

光柵越寬、單位刻痕數(shù)越多、R越大。如：寬度50mm，N=1200條/mm，一級光譜的分辨率：

R=1×50×1200=6×1042022/12/2630優(yōu)秀課件，精彩無限！D、光柵的分辨率R光柵的分辨率R等于光譜級次（（4）光柵與棱鏡的比較作為色散元件,光柵比棱鏡要好：光柵的色散幾乎與波長無關(guān)在相同色散率時，光柵的尺寸要小光柵對棱鏡不適用的遠紫外遠紅外區(qū)可以用光柵的雜散輻射，高級光譜干擾等問題已經(jīng)可以解決比較高的光柵價格已經(jīng)降下來（5）光柵光譜與棱鏡光譜的比較1、光柵光譜為勻排光譜，棱鏡光譜為非勻排光譜（短波疏，長波密）2、光柵光譜分級，棱鏡光譜不分級2022/12/2631優(yōu)秀課件，精彩無限?。?）光柵與棱鏡的比較2022/12/2031優(yōu)秀課件，精彩（五）狹縫狹縫由金屬構(gòu)成，兩片刀口的邊緣應銳利且位于同一平面上；

單色器的進口狹縫起著單色器光學系統(tǒng)虛光源的作用。復合光經(jīng)色散元件分開后，在出口曲面上形成相當于每條光譜線的像，即光譜。轉(zhuǎn)動色散元件可使不同波長的光譜線依次通過。2022/12/2632優(yōu)秀課件，精彩無限?。ㄎ澹┆M縫狹縫由金屬構(gòu)成，兩片刀口的邊緣應銳分辨率大小不僅與色散元件的性能有關(guān)，也取決于成像的大小，因此希望采用較窄的進口狹縫。

分辨率用來衡量單色器能分開最小波長間隔的能力；最小間隔的大小用有效帶寬或光譜通帶（W）表示：W=DS

（D為線色散率；S為狹縫寬度）

在原子發(fā)射光譜分析中：

定性分析時，減小狹縫寬度，使相鄰譜線的分辨率提高；

定量分析時，增大狹縫寬度，可得到較大的譜線強度。2022/12/2633優(yōu)秀課件，精彩無限！分辨率大小不僅與色散元件的性能有關(guān)，也四、試樣引入系統(tǒng)

光源與試樣相互作用的場所（1）吸收池紫外，熒光分析法：石英比色皿可見分光光度法：玻璃比色皿紅外分光光度法：將試樣與溴化鉀壓制成透明片2022/12/2634優(yōu)秀課件，精彩無限！四、試樣引入系統(tǒng)光源與試樣相互作用的場所2022（2）特殊裝置原子吸收分光光度法：霧化器中霧化，在火焰中，元素由離子態(tài)→原子；原子發(fā)射光譜分析：試樣噴入火焰；2022/12/2635優(yōu)秀課件，精彩無限?。?）特殊裝置2022/12/2035優(yōu)秀課件，精彩無限！五、檢測系統(tǒng)（1）光子檢測器主要有以下幾種：硒光電池、光電二極管、光電倍增管、硅二極管陣列檢測器、半導體檢測器；（2）熱檢測器主要有：真空熱電偶檢測器：紅外光譜儀中常用的一種熱釋電檢測器：六、信號處理和讀出系統(tǒng)

現(xiàn)代分析儀器多配有計算機完成數(shù)據(jù)采集、信號處理、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果打印，工作站軟件系統(tǒng)；2022/12/2636優(yōu)秀課件，精彩無限！五、檢測系統(tǒng)（1）光子檢測器2022/12/2036優(yōu)秀課件第二節(jié)光譜法儀器與光學器件第二章

光譜分析法導論

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instrumentsforspectro-metryandopticalparts2022/12/2637優(yōu)秀課件，精彩無限！第二節(jié)第二章

光譜分析法導論anintroduc一、光譜分析儀器原理和基本結(jié)構(gòu)1、光譜分析儀器原理例：紫外-可見吸收光譜----朗伯比耳定律2022/12/2638優(yōu)秀課件，精彩無限！一、光譜分析儀器原理和基本結(jié)構(gòu)2022/12/202優(yōu)秀課件2、光譜分析儀器基本結(jié)構(gòu)（1）光源(輻射源)；（2）色散元件(單色器)；（3）盛裝樣品的容器；（4）檢測器或換能器；（5）信號處理器或讀出裝置(顯示與數(shù)據(jù)處理)mainpartsofspectrometry2022/12/2639優(yōu)秀課件，精彩無限！2、光譜分析儀器基本結(jié)構(gòu)mainpartsofspec2022/12/2640優(yōu)秀課件，精彩無限！2022/12/204優(yōu)秀課件，精彩無限！二、光源系統(tǒng)--要求有足夠的輸出功率以便容易檢測和測定.有足夠的穩(wěn)定性.

在儀器設(shè)計中,常將光源發(fā)出的光分為二束,一束通過試樣,另一束不通過試樣,測量兩束光信號比作為分析的變量,用以克服光源穩(wěn)定性帶來的問題.差值ΔA光源單色器吸收池檢測器顯示光束分裂器2022/12/2641優(yōu)秀課件，精彩無限！二、光源系統(tǒng)--要求有足夠的輸出功率以便容易檢測和測定.有足

依據(jù)方法不同，采用不同的光源：火焰、燈、激光、電火花、電弧等依據(jù)光源性質(zhì)不同，分為：1、連續(xù)光源：應用于紫外-可見吸收，分子熒光、分子磷光、紅外吸收光譜中。能在較大波長范圍提供連續(xù)波長的光源如：氫燈、氘燈、鎢絲燈等在紫外光區(qū)最普通的光源是氫燈或氘燈.需要特別強的光源時,選用高壓、充有氬氣、氦氣或汞蒸氣的充氣弧燈.

可見光區(qū),采用鎢絲燈.

紅外光源,采用將惰性固體加熱到1500-2000K2022/12/2642優(yōu)秀課件，精彩無限！依據(jù)方法不同，采用不同的光源：火焰、燈、激光、2022/12/2643優(yōu)秀課件，精彩無限！2022/12/207優(yōu)秀課件，精彩無限！2、線光源—應用于原子吸收、原子熒光以及拉曼光譜中

提供特定波長的光源，常見的有：金屬蒸氣燈(汞燈、鈉蒸氣燈)、空心陰極燈、無極放電燈等；紫外和可見光區(qū)----汞蒸氣燈和鈉蒸氣燈原子吸收和原子熒光光譜----空心陰極燈和無極放電燈2022/12/2644優(yōu)秀課件，精彩無限！2、線光源—應用于原子吸收、原子熒光以及拉曼光譜中2022/空心陰極燈陰極:鎢棒作成圓筒形，筒內(nèi)熔入被測元素陽極:鎢棒裝有鈦,鋯,鉭金屬作成的陽極管內(nèi)充氣：氬或氖稱載氣，極間加壓500--300伏，要求穩(wěn)流電源供電。2022/12/2645優(yōu)秀課件，精彩無限！空心陰極燈陰極:鎢棒作成圓筒形，筒內(nèi)熔入被測元素2022/空心陰極燈的原理

施加適當電壓時，使陰極表面的金屬原子濺射出來，濺射出來的金屬原子與電子、惰性氣體原子及離子發(fā)生撞碰而被激發(fā)，發(fā)射出相應元素的特征譜線-----共振譜線。用不同待測元素作陰極材料，可制成相應空心陰極燈。2022/12/2646優(yōu)秀課件，精彩無限！空心陰極燈的原理施加適當電壓時，使陰極表面的金屬原子濺3、激光光源—高單色性，方向性強，亮度高，相干性好拉曼光譜，分子吸收光譜，發(fā)射光譜，傅立葉變換紅外光譜等2022/12/2647優(yōu)秀課件，精彩無限！3、激光光源—高單色性，方向性強，亮度高，相干性好2022/三、波長選擇系統(tǒng)2022/12/2648優(yōu)秀課件，精彩無限！三、波長選擇系統(tǒng)2022/12/2012優(yōu)秀課件，精彩無限！色散元件的功能：使光發(fā)生色散，使光按照波長順序排列，常用光柵或棱鏡狹縫的功能：采光，即采集按照波長順序排列的而一定波段的光進入檢測系統(tǒng)進行檢測狹縫的選擇:

一般來說,狹縫越小，光譜的分辨率越高,越接近真實光譜.但狹縫太小光信號太弱,檢測器難以有效測到光信號.

所以,如果需要得到高分辨率光譜,可以采用較小寬度的狹縫.

如果進行定量測定,則適當采用較大寬度的狹縫.2022/12/2649優(yōu)秀課件，精彩無限！色散元件的功能：使光發(fā)生色散，使光按照波長順2022/1（一）單色器：將復合光分解成單色光或有一定寬度的譜帶的裝置。主要部件：（1）進、出口狹縫；（2）準直裝置(透鏡或反射鏡)：使輻射束成為平行光線傳播的透鏡或反射鏡

（3）色散元件(棱鏡、光柵)：使不同波長的輻射以不同的角度進行傳播；（4）聚焦透鏡或凹面反射鏡：使每個單色光束在單色器的出口曲面上成像2022/12/2650優(yōu)秀課件，精彩無限?。ㄒ唬﹩紊鳎簩秃瞎夥纸獬蓡紊饣蛴幸欢▽挾鹊淖V帶的裝置。棱鏡單色儀—用來色散紫外、可見和紅外輻射2022/12/2651優(yōu)秀課件，精彩無限！棱鏡單色儀—用來色散紫外、可見和紅外輻射2022/12/20光柵單色儀—有透射光柵和反射光柵。2022/12/2652優(yōu)秀課件，精彩無限！光柵單色儀—有透射光柵和反射光柵。2022/12/2016優(yōu)(二)濾光片1、吸收濾光片---由有色玻璃或夾在玻璃兩片間的分散在明膠薄層中的吸光染料組成。適用于可見光區(qū)。特點：帶寬較寬，透射效率低。用于較簡單的定量測定，便宜，較好的熱穩(wěn)定性。2、干涉濾光片---由兩層半透明銀膜和銀膜間的介電薄膜（氟化鈣或氟化鎂）組成?？色@得較窄的輻射寬帶。

波長選擇性比吸收濾光片好。2022/12/2653優(yōu)秀課件，精彩無限！(二)濾光片2022/12/2017優(yōu)秀課件，精彩無限?。ㄈ├忡R—根據(jù)光的折射現(xiàn)象進行分光棱鏡對不同波長的光具有不同的折射率，波長長的光，折射率??；波長短的光，折射率大。平行光經(jīng)過棱鏡后按波長順序排列成為單色光；經(jīng)聚焦后在焦面上的不同位置上成像，獲得按波長展開的光譜；

2022/12/2654優(yōu)秀課件，精彩無限?。ㄈ├忡R—根據(jù)光的折射現(xiàn)象進行分光棱鏡對不同波長的棱鏡的光學特性可用色散率和分辨率來表征；（1）色散率

角色散率：用dθ/dλ表示，表示偏向角θ對波長的變化率；

棱鏡的頂角α越大或折射率n越大，角色散率越大，分開兩條相鄰譜線的能力越強，但頂角越大，反射損失也增大，通常為60度角；

2022/12/2655優(yōu)秀課件，精彩無限！棱鏡的光學特性可用色散率和分辨率來表征；（1）色散率（2）分辨率

相鄰兩條靠得很近的譜線分開的能力：；兩條相鄰譜線的平均波長；△λ：兩條譜線的波長差；b：棱鏡的底邊長度；n：棱鏡介質(zhì)材料的折射率。棱鏡的分辨能力取決于棱鏡的幾何尺寸和材料；

分辨率與波長有關(guān)，長波的分辨率要比短波的分辨率小，棱鏡分離后的光譜屬于非均排光譜。2022/12/2656優(yōu)秀課件，精彩無限?。?）分辨率相鄰兩條靠得很近的譜線分開的能力：（四）光柵

通過在平板玻璃或金屬板上刻劃出一道道等寬、等間距的刻痕制成。常用的光柵刻痕密度每毫米為1200條、1800條或2400條；根據(jù)工作方式不同分為：透射光柵，反射光柵（平面反射光柵，凹面反射光柵）；2022/12/2657優(yōu)秀課件，精彩無限?。ㄋ模┕鈻磐ㄟ^在平板玻璃或金屬板上刻劃出一道道等寬、等光柵光譜的產(chǎn)生是多狹縫干涉與單狹縫衍射共同作用的結(jié)果，前者決定光譜出現(xiàn)的位置，后者決定譜線強度分布；2022/12/2658優(yōu)秀課件，精彩無限！光柵光譜的產(chǎn)生是多狹縫干涉與單狹縫衍射共(1)光柵的色散原理光柵公式：d(sinα±sinθ)=Kλ=nλα、θ分別為入射角和衍射角；K或n為光譜級次,K=0,

±1,±2,…整數(shù)

d為光柵常數(shù)(mm):相鄰兩刻痕間的距離λ為入射光的波長2022/12/2659優(yōu)秀課件，精彩無限！(1)光柵的色散原理光柵公式：d(sinα±sinθ)=K光柵公式

d(sinα±sinθ)=Kλdsinα為相鄰入射光波Ⅰ與Ⅱ的光程差；dsinθ為相鄰衍射光波Ⅰ’與Ⅱ’的光程差；d(sinα±sinθ)為光波ⅠⅠ’與光波ⅡⅡ’的總光程差；加號表示衍射光和入射光在光柵法線的同側(cè)減號表示它們在光柵法線的異側(cè)；當一束復合光以一定的入射角α照射光柵時，不同波長的單色光在不同衍射角θ的方向發(fā)生干涉。2022/12/2660優(yōu)秀課件，精彩無限！光柵公式d(sinα±sinθ)=Kλ2022/12/

在某一光譜級次中，即當K,α,d一定時，波長愈長的單色光，衍射角愈大。對于給定的光柵，可以通過旋轉(zhuǎn)光柵轉(zhuǎn)臺來獲得需要的波長范圍和光譜級次。2022/12/2661優(yōu)秀課件，精彩無限！在某一光譜級次中，即當K,α,d一定時，波（2）幾種典型的光柵A、凹面反射光柵B、閃耀光柵C、中階梯光柵D、全息光柵2022/12/2662優(yōu)秀課件，精彩無限！（2）幾種典型的光柵2022/12/2026優(yōu)秀課件，精彩無(3)光柵的性能指標光柵的特性可用色散率和分辨率來表征A、當入射角不變時，光柵的角色散率可通過對光柵公式求導得到：

dθ/dλ為衍射角對波長的變化率，即光柵的角色散率。

當θ很小，且變化不大時，cosθ≈1，光柵的角色散率決定于光柵常數(shù)

d

和光譜級數(shù)K

。可見光柵的角色散率為一個常數(shù)，不隨波長改變，是均排光譜（優(yōu)于棱鏡之處）。

角色散率只與色散元件的性能有關(guān)。2022/12/2663優(yōu)秀課件，精彩無限！(3)光柵的性能指標光柵的特性可用色散率和B、光柵的線色散率

f為會聚透鏡的焦距。在實際工作中，常用倒線色散率：用dλ/dl表示

dλ/dl

值越大，色散率越小線色散率還與儀器的焦距有關(guān)。D=2022/12/2664優(yōu)秀課件，精彩無限！B、光柵的線色散率f為會聚透鏡的焦C、光柵的分辨能力

光柵的分辨能力根據(jù)Rakleigh準則來確定。在波長相近的兩條譜線中，當一條譜線波長的極大值正好落在另一條譜線波長的極小值上時，認為這兩條線是可分辨的。實際工作中，兩衍射圖樣中間的光強約為中央最大的80%，在這種情況下，兩譜線中央最大距離即是光學儀器能分辨的最小距離（可分離的最小波長間隔）；2022/12/2665優(yōu)秀課件，精彩無限！C、光柵的分辨能力在波長相近的兩條譜線D、光柵的分辨率R光柵的分辨率R等于光譜級次（K）與光柵刻痕條數(shù)（N）的乘積：

光柵越寬、單位刻痕數(shù)越多、R越大。如：寬度50mm，N=1200條/mm，一級光譜的分辨率：

R=1×50×1200=6×1042022/12/2666優(yōu)秀課件，精彩無限！D、光柵的分辨率R光柵的分辨率R等于光譜級次（（4）光柵與棱鏡的比較