光譜儀的工作原理

2017-04-19  來自: 西安百家樂官網實驗室設備有限公司 瀏覽次數:89

光譜儀的工作原理


    光譜分析方法作為一種重要的分析手段,在科研、生產、質控等方麵都發揮著極大的作用。無論是穿透吸收光譜,還是熒光光譜,拉曼光譜,獲得單波長輻射是不可缺少的手段。由於現代單色儀可具有很寬的光譜範圍(UV-IR),高光譜分辨率(0.001nm),自動波長掃描,完整電腦控製功能,極易和其它周邊設備配合為高性能自動測試係統,使用電腦自動掃描多光柵光譜儀已成為光譜研究的。

  

    當一束複合光線進入光譜儀的入射狹縫,首先由光學準直鏡準直成平行光,再通過衍射光柵色散為分開的波長(顏色)。利用不同波長離開光柵的角度不同,由聚焦反射鏡再成像於出射狹縫。通過電腦控製可精確地改變出射波長。

 

   在光譜學應用中,獲得單波長輻射是不可缺少的手段。除了用單色光源(如光譜燈、激光器、發光二極管)、顏色玻璃和幹涉濾光片外,大都使用掃描選擇波長的單色儀。尤其是當前更多地應用掃描光柵單色儀,在連續的寬波長範圍(白光)選出窄光譜(單色或單波長)輻射。


光柵基礎

    光柵作為重要的分光器件,他的選擇與性能直接影響整個係統性能。為更好協助用戶選擇,在此做一簡要介紹。

    光柵分為刻劃光柵、複製光柵、全息光柵等。刻劃光柵是用鑽石刻刀在塗有金屬的表麵上機械刻劃而成;複製光柵是用母光柵複製而成。典型刻劃光柵和複製光柵的刻槽是三角形。全息光柵是由激光幹涉條紋光刻而成。全息通常包括正弦刻槽。刻劃光柵具有衍射效率高的特點,全息光柵光譜範圍廣,雜散光低,且可作到高光譜分辨率。

光柵方程

    反射式衍射光柵是在襯底上周期地刻劃很多微細的刻槽,一係列平行刻槽的間隔與波長相當,光柵表麵塗上一層高反射率金屬膜。光柵溝槽表麵反射的輻射相互作用產生衍射和幹涉。對某波長,在大多數方向消失,隻在一定的有限方向出現,這些方向確定了衍射級次。光柵刻槽垂直輻射入射平麵,輻射與光柵法線入射角為α,衍射角為β,衍射級次為m,d為刻槽間距,在下述條件下得到幹涉的極大值:

                             mλ=d(sinα+sinβ)

定義φ為入射光線與衍射光線夾角的一半,即φ=(α-β)/2;θ為相對與零級光譜位置的光柵角,即θ=(α+β)/2,得到更方便的光柵方程:

                              mλ=2dcosφsinθ

    從該光柵方程可看出:

    對一給定方向β,可以有幾個波長與級次m相對應λ滿足光柵方程。比如600nm的一級輻射和300nm的二級輻射、200nm的三級輻射有相同的衍射角。

    對相同級次的多波長在不同的β分布開。

    含多波長的輻射方向固定,旋轉光柵,改變α,則在α+β不變的方向得到不同的波長。


如何選擇光柵

    選擇光柵主要考慮如下因素:

    刻槽密度G=1/d,d是刻槽間隔,單位為mm。

    閃耀波長:閃耀波長為光柵衍射效率點,因此選擇光柵時應盡量選擇閃耀波長在實際需要波長附近。如實際應用在可見光範圍,可選擇閃耀波長為500nm。

    光柵刻線:光柵刻線多少直接關係到光譜分辨率,刻線多光譜分辨率高,刻線少光譜覆蓋範圍寬,兩者要根據實驗靈活選擇。


關鍵詞: 光譜儀           

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