文档介绍：闪耀光栅
     
闪耀光栅
blazed grating
当光栅刻划成锯齿形的线槽断面时,光栅的光能量便集中在预定的方向上,即某一光谱级上。从这个方向探测时,光谱的强度最大,这种现象称为闪耀(blaze),这种光栅称为闪耀光栅。
在这样刻成的闪耀光栅中,起衍射作用的槽面是个光滑的平面,它与光栅的表面一夹角,称为闪耀角(blaze angle)。最大光强度所对应的波长,称为闪耀波长(blaze wavelength)。
通过闪耀角的设计,可以使光栅适用于某一特定波段的某一级光谱。

闪耀光栅的优点
透射光栅有很大的缺点,主要是衍射图样中没有色散的零级主最大总是占总光能的很大一部分,其余光能分散在各级光谱中,而实际使用光栅时往往只利用它的某一级。这对光栅的应用是很不利的。
闪耀光栅则实现了单缝衍射中央最大值的位置从没有色散的零级光谱转移到其他有色散的光谱级上。
CD光盘可以看作粗制的闪耀光栅。
第一章光学分析法引论- 光谱法仪器
背景知识
三、光谱仪器
组成:光源,单色器,样品容器,检测器(光电转换器、电子读出、数据处理及记录)。
•光源
对光源的要求:强度大(分析灵敏度高)、稳定(分析重现性好)。
*Laser=light amplification by stimulated emission of radiation
2. 分光系统( monochromator, wavelength selector )
定义:将由不同波长的“复合光”分开为一系列“单一”波长的“单色光”的器件。
理想的 100% 的单色光是不可能达到的,实际上只能获得的是具有一定“纯度”的单色光,即该“单色光具有一定的宽度(有效带宽)。有效带宽越小,分析的灵敏度越高、选择性越好、分析物浓度与光学响应信号的线性相关性也越好。
构成:狭缝、准直镜、棱镜或光栅、会聚透镜。
 
1 )棱镜( Prism ):
棱镜的色散作用是基于构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率。波长大的折射率小,波长小的折射率大。
棱镜特性
色散率:
角色散率 d θ/d λ,表示偏向角的θ对波长的变化。在最小偏向角时(折射线平行于棱镜底边),可以导出:
可见角色散率与折射率 n 及棱镜顶角有关。
因此,增加角色散率 d θ/d λ的方式有三:
1. 改变棱镜材料,玻璃比石英的折射率大,但玻璃只适于可见光区;
2. 增加棱镜顶角,多选 600 ;
3. 增加棱镜数目,但由于设计及结构上的困难,最多用 2 个。
线色散率 dl/dλ或倒线色散率 dλ/dl :它表示两条谱线在焦面上被分开的距离对波长的变化率:
可见线色散率除与角色散率有关外,还与会聚透镜焦距 f 及焦面和光轴间夹角β有关。
因此,增加透镜焦距、减小焦面与光轴夹角棱镜色散能力提高。
分辨率 R : 指将两条靠得很近的谱线分开的能力( Rayleigh 准则),可表示为
其中, m--- 棱镜个数; b 底边有效长度( cm )
可见,分辨率随波长变化而变化,在短波部分分辨率较大,即棱镜分光具有“非匀排性”,色谱的光谱为“非匀排光谱”。这是棱镜分光最大的不足。
难点解析
2 )光栅
制作:以特殊的工具(如钻石),在硬质、磨光的光学平面上刻出大量紧密而平行的刻槽。以此为母板,可用液态树脂在其上复制出光栅。制作的光栅有平面透射光栅、平面反射光栅及凹面反射光栅。刻制质量不高的光栅易产生散射线及鬼线( Ghost lines )。
通常的刻线数为 300-2000 刻槽/mm 。最常用的是 1200-1400 刻槽/mm (紫外可见)及 100-200 刻槽/mm (红外)。
平面透射光栅:
入射光为单色光,那么
1. 当入射线垂直于光栅时,α=0 , n λ= d sin θ
2. 当入射线不垂直于光栅时, n λ= d ( sin α+ sin θ)
3. 在零级光谱有最大的光强!
入射光为复合光,那么
1. 0 级光 P0 处是未经色散的白光;
2. 其它波长的光因波长不同,产生的一级光谱位置不同:波长小的则衍射角θ小,谱线靠近 0 级;波长大的,衍射角θ大,谱线距 0 级较远;
3. 同样对于二级光谱而言,也有同样的情况。但可能造成二级光谱与一级光谱的重叠,而且具有最大强度的光处于 0 级(为未分开的白光)!
平面反射光栅(闪耀光栅,小阶梯光栅):
将平行的狭缝刻制成具有相同形状的刻槽(多为三角形),此时,入射线的小反射面与夹角β一定,此时反射线集中于一个方向,从而使光能集中于所需要的一级光谱上。此种光栅又称闪耀光栅。当α=