光栅光谱仪实验讲义

光栅光谱仪实验讲义

杨建荣,毛杰健

一实验目的

1、了解光栅光谱仪的工作原理

2、掌握利用光栅光谱仪进行测量的技术

二实验仪器

WDS系列多功能光栅光谱仪,计算机

三实验原理

光谱仪是指利用折射或衍射产生色散的一类光谱测量仪器。光栅光谱仪是光谱测量中最常用的仪器,基本结构如图1所示。它由入射狭缝S1、准直球面反射镜M1、光栅G、聚焦球面反射镜M2以及输出狭缝S2构成。

衍射光栅是光栅光谱仪的核心色散

器件。它是在一块平整的玻璃或金属材

料表面(可以是平面或凹面)刻画出一

系列平行、等距的刻线,然后在整个表

面镀上高反射的金属膜或介质膜,就构

成一块反射试验射光栅。相邻刻线的间

距d称为光栅常数,通常刻线密度为每

毫米数百至数十万条,刻线方向与光谱

仪狭缝平行。入射光经光栅衍射后,相

邻刻线产生的光程差

图1光栅光谱仪示意图s d(sinsin ),为入射角,

为衍射角,则可导出光栅方程:

d(sinsin ) m(1.1)

光栅方程将某波长的衍射角和入射角通过光栅常数d联系起来, 为入射光波长,m为衍射级次,取0, 1, 2, 等整数。式中的“ ”号选取规则为:入射角和衍射角在光栅法线的同侧时取正号,在法线两侧时取负号。如果入射光为正入射0,光栅方程变为dsinm 。衍射角度随波长的变化关系,称为光栅的角色散特性,当入射角给定时,可以由光栅方程导出 dm

dcos , (1.2)d

复色入射光进入狭缝S1后,经M2变成复色平行光照射到光栅G上,经光栅色散后,形成不同波长的平行光束并以不同的衍射角度出射,M2将照射到它上面的某一波长的光聚焦在出射狭缝S2上,再由S2后面的电光探测器记录该波长的光强度。光栅G安装在一个转台上,当光栅旋转时,就将不同波长的光信号依次聚焦到出射狭缝上,光电探测器记录不同光栅旋转角度(不同的角度代表不同的波长)时的输出光信号强度,即记录了光谱。这种光谱仪通过输出狭缝选择特定的波长进行记录,称为光栅单色仪。 在使用单色仪时,对波长进行扫描是通过旋转光栅来实现的。通过光栅方程可以给出出射波长和光栅角度之间的关系(如图2所示)

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