文档介绍：光栅光谱仪与光谱剖析
实验目的
1、一步掌握光的原理
2、认识光倍增管和CCD及其在光 量中的 用
3、学、和量等光研究的基本方法 4、通量光可 的波，巴末公式的正确性，进而玻理的 基有详细的认识。力争正确 定的里德伯常数，近代量达式4）,波 人而言也就足耀条件，但往常
倒是把足式（ 5）的波称耀波。因为 m能够取m=1 , 2, 3, ?,所以一确立
的光（d, 6必定）仍旧有第一耀波，第二耀波？?等各样，但上在
说明光栅规格时，闪耀波长往常指的是第一级闪耀波长。 因为d= a,（见图1）,对知足闪耀条件的
波长为人的某一级光谱来说，同一波长的其余级 （包含零级）光谱都几乎落在单槽衍射强度曲线
的零点周边，如图 5所示（在图中，单槽衍射主 极强方向与m=1的光谱线重合），这样就能够把 80〜90%以上的能量集中到闪耀方向上，对知足 闪耀条件的波长来说，衍射效率最高。在它双侧的 波长则不可以同时知足闪耀条件，衍射效率降落， 并且随干预级次增添降落速度加快。当衍射效率降 落太多时，谱线就很弱。经验表示，当光栅常
数d较大（d> 2人）时，假如第一级闪耀波长为 光栅合用范围可由下边经验公式计算：
22
m 1 "眼飞 乩"'Em―1 "
式中m是所用的光谱级次，在此范围内，相对效率大于
.光栅色散光谱仪参数
A光栅摄谱仪的色散
光栅摄谱仪的色散大小是描绘仪器把多色光分解成各样波长单色光的分别程度。这里我
们把相邻两束单色光衍射角之差60与波长差△九之比称为光栅的角色散，当入射角i必定
时，对式（1）微分，取绝对值可得
d」!+m 1
W（ 6） d：哽d cos -
可见干预级越高或光栅常数d越小，角色散越大。因为 △口是两束光芒分开的角距离，
使用不方便，实质丈量的是它们在谱面上的距离Al与酸 的比值，称为仪器的线色散，根
据式（6）,线色散为
(7)
?/m或
dld 1
f ddd cos
习惯上常常使用线色散的倒数，它表示谱面上单位距离的波长间隔，常用单位是 ,明显线色散的倒数愈小愈好。
实质使用时B不可以太大，弁且在谱面范围内， B的变化不大，所以 cos 0变化很小，从 而d /dl靠近一个常量，亦即光栅拥有平均的色散。在谱面上获取的是靠近于按波长平均 摆列的光谱，这是与棱镜光谱仪明显不一样的地方。
B光栅摄谱仪的分辨率
分辨率定义为谱线波长入与周边的恰好能分开的谱线波长差弱。•之比，即R= X I®
依据定义，能够求出理论分辨率
b b ,
图6光栅在衍射方向的投影宽度
一块宽度为b的光栅，（见图6）,其光栅 常数为d,刻线数为N,它在衍射方向的投影 宽度b ' = b cos * = Nd cos干。与单缝衍射一 样，其衍射主极强半角宽度（最小可分辨角） 为
--
b Nd cos
而依据式（6）,假如两谱线恰好能被分开，它们的角距离应等于这个最小分辨角，即
m
Nd cos
-h
d cos :
进而获取
R -——-mN（8）
可见为了提升分辨率，应在高级次下使用较大的光栅（尺寸较大或每毫米刻线数许多）。如
果从光栅方程（1）解出m代入上式可得
Nd sin i 敬sin 胃:b sin i 土 sin .
R =： =Q（ 9）
/. /.
因为sin i sin ,4的最大值是2,所以光栅可达到的最大分辨率为
2b
(10)
R -
max 悬，二
由式（9）、（10）可知，光栅的分辨率遇到光栅尺寸b及工作波长的限制，在大角度下
工作能够提升分辨率，但i和护靠近90o时，谱线太弱不合用。
因为各样原由，如光栅表面的光学质量、刻线间平均性及其余光学元件质量的限制等等，
实质上达不到理论分辨率O
在正常狭缝宽度使用时,
实质分辨率在一级光谱中只好达到理论
60%左右。狭缝正常宽度 so为上述最小可分辨率角与
值的70〜80 %左右，在二级光谱中为 准直透镜焦距 f的乘积，即
(11)
一您：
so-f
b Nd cos
2） 光电倍增管
光电倍增管是利用外光电效应和次级电子发射现象将辐射能变换成电讯号（光电流） 并
加以放大的电真空器件，它能够探测可见光子。光电倍增管是精准测定轻微光辐射的一种灵
敏检测器件， 因为它比真空光电管拥有更高的敏捷度，而不需要复杂的放大和指示设施，因
此在近代技术中被宽泛应用，已成为近代光电检测方法的主要器件，在天文物理、 大气物理、
空间科学、原子光谱学、化学、医学、军工、钢铁和通信等方面均被大批应用。特别是在光 谱学、光子计数、闪耀计数和光谱的迅速剖析方面更有特别意义。
1、光电倍增管的结