光譜儀原理講解?什麼是光譜儀？光與物質相互作用引起物質内部原子及分子能級間的電子躍遷，使物質對光的吸收、發射、散射等在波長及強度信息上發生變化，而檢測并處理這類變化的儀器被稱為光譜儀因此，光譜儀的基本功能，就是将複色光在空間上按照不同的波長分離/延展開來，配合各種光電儀器附件得到波長成分及各波長成分的強度等原始信息以供後續處理分析使用，現在小編就來說說關于光譜儀原理講解?下面内容希望能幫助到你，我們來一起看看吧!

光譜儀原理講解

什麼是光譜儀？光與物質相互作用引起物質内部原子及分子能級間的電子躍遷，使物質對光的吸收、發射、散射等在波長及強度信息上發生變化，而檢測并處理這類變化的儀器被稱為光譜儀。因此，光譜儀的基本功能，就是将複色光在空間上按照不同的波長分離/延展開來，配合各種光電儀器附件得到波長成分及各波長成分的強度等原始信息以供後續處理分析使用。

光譜分析方法作為一種重要的分析手段，在科研、生産、質控等方面，都發揮着極大的作用。無論是穿透吸收光譜，還是熒光光譜，拉曼光譜，如何獲得單波長輻射是不可缺少的手段。由于現代單色儀可具有很寬的光譜範圍(UV- IR)，高光譜分辨率(到0.001nm)，自動波長掃描，完整的電腦控制功能極易與其他周邊設備融合為高性能自動測試系統，使用電腦自動掃描多光栅單色儀已成為光譜研究的首選。

當一束複合光線進入單色儀的入射狹縫，首先由光學準直鏡彙聚成平行光，再通過衍射光栅色散為分開的波長(顔色)。利用每個波長離開光栅的角度不同，由聚焦反射鏡再成像出射狹縫。通過電腦控制可精确地改變出射波長。

●光栅單色儀重要參數：

◆分辨率

光栅單色儀的分辨率R是分開兩條臨近譜線能力的度量，根據羅蘭判據為：

R=λ/Δλ

光栅光譜儀中有實際意義的定義是測量單個譜線的半高寬(FWHM)。實際上，分辨率依賴于光栅的分辨本領、系統的有效焦長、設定的狹縫寬度、系統的光學像差以及其它參數。

R∝ M·F/W

M-光栅線數 F-譜儀焦距 W-狹縫寬度

◆色散

光栅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

這裡d、β、F分别是光栅刻槽的間距、衍射角和系統的有效焦距，m為衍射級次。由方程可見，倒線色散不是常數，它随波長變化。在所用波長範圍内，變化可能超過2倍。根據國家标準，在本樣本中，用1200l/mm光栅色散的中間值(典型的為435.8nm)時的倒線色散。

◆帶寬

帶寬是忽略光學像差、衍射、掃描方法、探測器像素寬度、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，光栅倒線色散為2.7nm/mm，則帶寬為2.7×0.2=0.54nm。

◆波長精度、重複性和準确度

波長精度是光譜儀确定波長的刻度等級，單位為nm。通常，波長精度随波長變化。

波長重複性是光譜儀返回原波長的能力。這體現了波長驅動機械和整個儀器的穩定性。

卓立漢光的光譜儀的波長驅動和機械穩定性極佳，其重複性超過了波長精度。

波長準确度是光譜儀設定波長與實際波長的差值。每台單色儀都要在很多波長檢查波長準确度。

◆F/#

F/#定義為焦距(f)與光譜儀内有效光學元件最小通光孔徑(D)的比值。光通過效率與F/#的平方成反比，F/#愈小，光通過率愈高。

關于光栅

光栅作為重要的分光器件，它的選擇與性能直接影響整個系統性能。

光栅分為刻劃光栅、複制光栅、全息光栅等。刻劃光栅是用鑽石刻刀在塗薄金屬表面機械刻劃而成；複制光栅是用母光栅複制而成。典型刻劃光栅和複制光栅的刻槽是三角形。全息光栅是由激光幹涉條紋光刻而成。全息光栅通常包括正弦刻槽。刻劃光栅具有衍射效率高的特點，全息光栅光譜範圍廣，雜散光低，且可作到高光譜分辨率。

◆如何選擇光栅

選擇光栅主要考慮如下因素：

1、光栅刻線，光栅刻線多少直接關系到光譜分辨率，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；

2、閃耀波長，閃耀波長為光栅最大衍射效率點，因此選擇光栅時應盡量選擇閃耀波長在實驗需要波長附近。如實驗為可見光範圍，可選擇閃耀波長為500nm；

3、使用範圍，

3、光栅效率，光栅效率是衍射到給定級次的單色光與入射單色光的比值。光栅效率愈高，信号損失愈小。為提高此效率，除提高光栅制作工藝外，還采用特殊鍍膜，提高反射效率。

◆光栅方程

反射式衍射光栅是在襯底上周期地刻劃很多微細的刻槽，一系列平行刻槽的間隔與波長相當，光栅表面塗上一層高反射率金屬膜。光栅溝槽表面反射的輻射相互作用産生衍射和幹涉。對某波長，在大多數方向消失，隻在一定的有限方向出現，這些方向确定了衍射級次。如圖1所示，光栅刻槽垂直輻射入射平面，輻射與光栅法線入射角為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為相對于零級光譜位置的光栅角，即θ=(α β)/2，得到更方便的光栅方程：

mλ=2dcosφsinθ

從該光栅方程可看出：

對一給定方向β，可以有幾個波長與級次m相對應λ滿足光栅方程。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，這就是為什麼要加消二級光譜濾光片輪的意義。

衍射級次m可正可負。

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，旋轉光栅，改變α，則在α β不變的方向得到不同的波長。

◆倒線色散和光譜帶寬對照表

光栅刻線數

(g/mm)倒線色散(nm/mm，@435.8nm)光譜帶寬(nm，@100μm狹縫)

Omni-λ150Omni-λ300Omni-λ500Omni-λ750Omni-λ150Omni-λ300Omni-λ500Omni-λ750

24002.71.40.90.60.270.140.090.06

18003.61.81.10.70.360.180.110.07

12005.42.71.71.10.540.270.170.11

60010.85.43.42.21.080.540.340.22

30021.610.86.84.42.161.080.680.44

◆光栅型号規格對照表

型号光栅刻線(g/mm)閃耀波長(nm)光栅規格(mm×mm)使用範圍(nm)

Omni-λ150 系列用

5-180-H1800-32x32UV

5-120-300120030032x32200-600

5-120-500120050032x32330-1000

5-060-50060050032x32330-1000

5-060-75060075032x32500-1500

5-030-50030050032x32330-1000

5-030-1250300125032x32800-2500

Omni-λ300/500/750系列用

1-240-H2400-68x68UV

1-180-H1800-68x68UV

1-120-300120030068x68200-600

1-120-500120050068x68330-1000

1-060-30060030068x68200-600

1-060-50060050068x68330-1000

1-060-75060075068x68500-1500

1-060-1250600125068x68800-2500

1-030-50030050068x68330-1000

1-030-1250300125068x68800-2500

1-030-1800300180068x681200-3600

1-030-3000300300068x682000-6000

1-006-D66.63140 & 1025068x683000-25000

其他規格光栅

3-120-300120030038x50200-600

3-120-500120050038x50330-1000

3-060-1000600100038x50660-2000

3-030-1250300125038x50800-2500

3-015-50015050038x50330-1000

3-060-75060075038x50500-1500

6-120-500120050030x30330-1000

7-060-50060050018x18330-1000

◆典型光栅效率曲線圖

惠州市華高儀器設備有限公司

光譜儀

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