3.6-3光栅衍射-光栅光谱仪闪耀光栅课程.ppt

物 理 光 学 国防科技大学光电学院 一、光栅衍射的颜色分辨 光栅光谱仪性能指标 (1) 色分辨本领 (2) 角色散本领 角色散本领： (3) 线色散本领 (4)光栅的色散范围 例题：光栅刻槽密度1/d~800线/mm，有效宽度D~10cm, 求1序光谱的色分辨本领，并估算波长~550nm附近可分辨的最小波长间隔。 大光栅，配长焦距提供足够大的线色散以充分利用高色分辨本领 光栅常数d的选用： §3.6 光栅光谱仪 闪耀光栅 二、 闪耀光栅(blazing angle) §3.6 光栅光谱仪 闪耀光栅 二、 闪耀光栅(blazing angle) §3.6 光栅光谱仪 闪耀光栅 1、两种照明方式和闪耀波长 狭缝单元衍射因子 狭缝的夫琅禾费衍射 §3.6 光栅光谱仪 闪耀光栅 1、两种照明方式和闪耀波长 §3.6 光栅光谱仪 闪耀光栅 1、两种照明方式和闪耀波长 §3.6 光栅光谱仪 闪耀光栅 2、衍射场特点 （1）仅有一序光谱 光栅衍射应用 3、闪耀光栅的应用 超短脉冲和锁模 1、多光束干涉与空间尖脉冲 超短脉冲和锁模 1、多光束干涉与空间尖脉冲 超短脉冲和锁模 2、从空域尖脉冲到时域超短脉冲 超短脉冲和锁模 2、从空域尖脉冲到时域超短脉冲 超短脉冲和锁模 2、从空域尖脉冲到时域超短脉冲 超短脉冲和锁模 3、激光锁模技术 超短脉冲和锁模 3、激光锁模技术 超短脉冲和锁模 3、激光锁模技术 §3.6 光栅光谱仪 闪耀光栅 3、一维光栅推导闪耀光栅衍射场 §3.6 光栅光谱仪 闪耀光栅 3、一维光栅推导闪耀光栅衍射场 §3.6 光栅光谱仪 闪耀光栅 3、一维光栅推导闪耀光栅衍射场 由 §3.6 光栅光谱仪 闪耀光栅 3、一维光栅推导闪耀光栅衍射场 即相应的槽间干涉的主极强均缺失。 作业3.17,3.18 §3.6 光栅衍射－ 光栅光谱仪 闪耀光栅 §3.6 光栅衍射－ 光栅光谱仪 闪耀光栅 光栅衍射峰值与波长相关 光栅光谱仪—光栅分光原理 样品 光电 ? 反射光栅光谱仪示意图 §3.6 光栅衍射－ 光栅光谱仪 闪耀光栅 光谱仪的构成 1.光源 2.照明准直 3.分光 4.成像 5.接收 原子发光和吸收 分子吸收 喇曼散射 荧光 激光 氙灯 钨灯 物质（棱镜） 衍射（光栅） 干涉（F－P） 付氏 直读 照相 光电 CCD CMOS 主流读出系统的演变： 直读（单通道，强度分辩低，无时间） 摄谱（多通道，强度分辩低，无时间） CCD（多通道，强度分辩本领高， 时间分辨，高效） 一个世纪以前光谱技术已有了它的雏形，并作出了至今仍光辉闪耀的成就。一个世纪以来，光谱技术有了长足的发展。量子力学的建立为光谱学奠定了理论基础。研究对象扩展到各种物质层次和物态：从离子、原子、分子到凝聚态，从气态、液态、固态到等离子体，从遥远的天体到显微镜下的DNA。 ???? 在光谱分析方法上也已多样化，除了发射、吸收、反射、荧光、散射光谱方法外，还有偏振、旋光、光声、光热、光导等光谱方法，以及微分光谱、调制光谱、付利叶变换、哈特玛变换光谱、干涉分光计、相关光谱仪方法等。在光谱仪器方面（即硬件），扩展了波段，长波方面与毫米波相连；而短波与软射线（100 埃）相连。提高了光谱分辨率、灵敏度（ppm,ppb）、高精确度、高重复性、稳定性。 光谱的应用 §3.6 光栅衍射－ 光栅光谱仪 闪耀光栅 一台多功能光栅光谱仪 §3.6 光栅衍射－ 光栅光谱仪 闪耀光栅 分开不同波长的光： 波长分辨本领 记录不同波长的光的强度：强度分辨本领 时间分辨本领 效率 每一波长的主衍射峰都有一定的角宽度，因此只有当两个相邻波长的光通过光栅后衍射角间隔达到一定值时，才可能被分辨，这即为光栅光谱仪的色分辨本领。 主衍射峰角宽度 相邻波长光光栅衍射角间隔 上式表示在波长λ光谱附近，第m级衍射能分辨的最小波长差 §3.6 光栅衍射－ 光栅光谱仪 闪耀光栅 色分辨本领 §3.6 光栅衍射－ 光栅光谱仪 闪耀光栅 单位：rad/nm 在光谱测量中，用焦距为f透镜进行观测光谱，不同波长的光谱在观测面上分开的线度为 §3.6 光栅衍射－ 光栅光谱仪 闪耀光栅 单位：rad/nm 角色散本领： 单位：mm/nm 光谱学中，习惯上将上式倒过来