光谱仪

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=dl/dλ=Dθf2i1’i2’di’12θ1θ2dθ1DlDθ—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2．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。3．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/mλ: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）=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）§5棱镜、光栅和F-P干涉仪的分光性能5．1棱镜光谱仪5．2光栅光谱仪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。角色散：Dθ=dθ/dλDθ—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=dl/dλDl—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’12θ1θ2dθ1DlDθ=dθ/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）dθ/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）线色散：当θ较小时的线色散Dl=dl/dλ≈f’Dθ=mf’/dcosθm2θ1θ2dθ1Dl2．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A=λ/λmin=mN=Ndsinθ/λ所以有：当d=时有对应的λminmθdθNdλDθλmθcoscosΔΔmin求A=λ/λmin的表达式讨论：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。例：若光栅1200/mm光栅长L=5cm则N=6×104m=1时A=6×104若取λ=600nm则λ=0．01nm3．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5.3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=m12nhcos2=m21212dDθ=dθ/dλ求D的表达式由2nhcos=m有-2nhsind=mdtgnhmddD1sin2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θtgλθnhmλdθdDθ1sin2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。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：∵（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。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：sinθ-2级-1级01级2级I/I0解：已知b=2a，则d=a+b=3aλ1/dλ2/dλ1/aλ2/a··∵两种光波入射,∴屏上出现两组衍射条纹.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？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=10001200m=2，A=20001200∴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）1．光栅单色仪的基本构造：1.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。2.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。