光柵單色儀
2012-05-22 17:21:02 來源：卓立漢光
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(xì)的刻槽，一系列平行刻槽的間隔與波長相當(dāng)，光柵表面涂上一層高反射率金屬膜。光柵溝槽表面反射的輻射相互作用產(chǎn)生衍射和干涉。對(duì)某波長，在大多數(shù)方向消失，只在一定的有限方向出現(xiàn)，這些方向確定了衍射級(jí)次。如圖1所示，光柵刻槽垂直輻射入射平面，輻射與光柵法線入射角為α，衍射角為β，衍射級(jí)次為m，d為刻槽間距，在下述條件下得到干涉的*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(duì)于零級(jí)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(duì)一給定方向β，可以有幾個(gè)波長與級(jí)次m相對(duì)應(yīng)λ滿足光柵方程。比如600nm的一級(jí)輻射和300nm的二級(jí)輻射、200nm的三級(jí)輻射有相同的衍射角，這就是為什么要加消二級(jí)光譜濾光片輪的意義。
衍射級(jí)次m可正可負(fù)。
對(duì)相同級(jí)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(zhuǎn)光柵，改變α，則在α+β不變的方向得到不同的波長。
光柵單色儀重要參數(shù)：
分辨率：
光柵單色儀的分辨率R是分開兩條臨近譜線能力的度量，根據(jù)羅蘭判據(jù)為：R=λ/Δλ
光柵光譜儀中有實(shí)際意義的定義是測(cè)量單個(gè)譜線的半高寬(FWHM)。實(shí)際上，分辨率依賴于光柵的分辨本領(lǐng)、系統(tǒng)的有效焦長、設(shè)定的狹縫寬度、系統(tǒng)的光學(xué)像差以及其它參數(shù)。 R∝ M·F/W M-光柵線數(shù) F-譜儀焦距 W-狹縫寬度
色散：
光柵光譜儀的色散決定其分開波長的能力。光譜儀的倒線色散可計(jì)算得到：沿單色儀的焦平面改變距離χ引起波長λ的變化，即：Δλ/Δχ=dcosβ/mF
這里d、β、F分別是光柵刻槽的間距、衍射角和系統(tǒng)的有效焦距，m為衍射級(jí)次。由方程可見，倒線色散不是常數(shù)，它隨波長變化。在所用波長范圍內(nèi)，變化可能超過2倍。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，在本樣本中，用1200l/mm光柵色散的中間值（典型的為435.8nm）時(shí)的倒線色散。
帶寬：
帶寬是忽略光學(xué)像差、衍射、掃描方法、探測(cè)器像素寬度、狹縫高度和照明均勻性等，在給定波長，從光譜儀輸出的波長寬度。它是倒線色散和狹縫寬度的乘積。例如，單色儀狹縫為0.2mm，光柵倒線色散為2.7nm/mm，則帶寬為2.7×0.2=0.54nm。
波長分辨率、重復(fù)性和準(zhǔn)確度：
波長分辨率是光譜儀確定波長的刻度等級(jí)，單位為nm。通常，波長分辨率隨波長變化。
波長重復(fù)性是光譜儀返回原波長的能力。這體現(xiàn)了波長驅(qū)動(dòng)機(jī)械和整個(gè)儀器的穩(wěn)定性。
卓立漢光的光譜儀的波長驅(qū)動(dòng)和機(jī)械穩(wěn)定性極佳，其重復(fù)性超過了波長分辨率。
波長準(zhǔn)確度是光譜儀設(shè)定波長與實(shí)際波長的差值。每臺(tái)單色儀都要做多波長波長準(zhǔn)確度檢查
F/#
F/#定義為焦距(f)與光譜儀內(nèi)有效光學(xué)元件*小通光孔徑(D)的比值。光通過效率與F/#的平方成反比，F(xiàn)/#愈小，光通過率愈高。
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