凹面光栅 陶迈森科学仪器 鸡西光栅

衍射光栅原理

通常所讲的衍射光栅是基于夫琅禾费多缝衍射效应工作的。描述光栅结构与光的入射角和衍射角之间关系的公式叫“光栅方程”。

波在传播时，波阵面上的每个点都可以被认为是一个单独的次波源；这些次波源再发出球面次波，则以后某一时刻的波阵面，就是该时刻这些球面次波的包络面（惠更斯原理）。

一个理想的衍射光栅可以认为由一组等间距的无限长无限窄狭缝组成，凹面光栅，狭缝之间的间距为d，称为光栅常数。当波长为λ的平面波垂直入射于光栅时，每条狭缝上的点都扮演了次波源的角色；从这些次波源发出的光线沿所有方向传播（即球面波）。由于狭缝为无限长，可以只考虑与狭缝垂直的平面上的情况，即把狭缝简化为该平面上的一排点。则在该平面上沿某一特定方向的光场是由从每条狭缝出射的光相干叠加而成的。在发生干涉时，由于从每条狭缝出射的光的在干涉点的相位都不同，衍射光栅，它们之间会部分或全部抵消。然而，当从相邻两条狭缝出射的光线到达干涉点的光程差是光的波长的整数倍时，两束光线相位相同，就会发生干涉加强现象。以公式来描述，当衍射角θm满足关系dsinθm/λ=|m|时发生干涉加强现象，这里d为狭缝间距，即光栅常数，m是一个整数，取值为0，±1，±2，……。这种干涉加强点称为衍射极大。

平面反射光栅的特点

a)根据光栅方程，当光栅常数d为定值时，对于同一方向（α一定）入射的复合光在同级光谱（m一定）中，不同波长(有不同的衍射角β与之对应，因而可在不同的衍射方向之获得不同波长的谱线（主极大）。这就是光栅的色散原理。

b) 对一定波长(的单色光而言，在光栅常数d和入射角α固定时，对于不同级次m(m=0 ±1±2......)可得到不同角β的衍射光，即同一波长可以有不同级次的谱线（主极大）。

c)对于复合光，当m=0时，在β=-α的方向上，任何波长都可使光栅方程成立，反射光栅，即在此方向上，光栅的作用就象一面反射镜一样，将得到不被分光的零级光谱，入射光束中的所有波长都叠加在零级光谱中。当d和α为固定值时，对于不同波长、不同级次的光谱，只要其乘积m(等于上述定值，则都可以在同一衍射角β的方向上出现。

例如，一级光谱中波长谱线和二级谱线、三级谱线......重叠在一起。这种现象称为光谱级次的重叠。它是光栅光谱的一个缺点，对光谱分析不利，应设法予以清除。在平面光栅光谱仪中，常用不同颜色的滤光片来消除这种级次重叠。同时为了获得足够的光能量，在icp光谱分析中，通常选择第i一级（m=1）或第二级次（m=2）的光谱谱线。

全息凹面光栅光谱仪成像理论

全息凹面光栅是由两相干点源干涉形成的变密度弯曲槽分布，因此槽线走向及疏密变化与两记录光源位置有关，两记录光源位置为结构设计参量。又根据全息图再现原理，再现像的质量与再现点源的位置和波长密切相关，即全息凹面光栅光谱仪的安装参量也要严格选取。凹球面基底的半径为r，当记录点源位于xoy平面时，记录点源的位置参量确定；狭缝一般垂直xoy平面放置，鸡西光栅，那么狭缝中点和探测器的位置安装参量确定，这样在给定光栅基底曲率半径、光栅孔径、记录波长的条件下，整个全息凹面光栅光谱仪的结构和使用参量就确定了。

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