第六章辐射测量的基本仪器2.ppt

6.4 分光光度计和光谱辐射计 美国通用电器公司生产的一种由双单色仪系统和工作在零读数下的偏光光度计组成的分光光度计的结构图。 6.4 分光光度计和光谱辐射计 6.4 分光光度计和光谱辐射计 6.4 分光光度计和光谱辐射计 6.4 分光光度计和光谱辐射计 用以测量光源光谱辐射度量的仪器叫光谱辐射计，其基本由比较光路、单色仪和探测显示系统组成。图6-27是贝克曼DK-2R分光辐射计的结构原理图，标准光源和待测光源分别放在两个灯室中，它们发出的光分别经过一石英漫射器(注意：球只是用于固定漫射器，其本身不是积分球)，再经反射镜照在摆动反射镜上；摆动反射镜交替地将来自标准/待测光源的光能引入单色仪；在单色仪的出射狭缝处安装探测器，探测器输出信号的大小与待测光源和标准光源光谱辐强度之比成正比。仪器测量精度在3％以内。 图6-27 贝克曼DK-2R光谱辐射计 6.5 傅立叶变换光谱辐射计 随着光谱技术应用领域的迅速扩大，各种光谱仪器得到越来越广泛的应用。提高光谱分辨率常受到光谱谱段变窄使光谱信号减弱、测量时间增长等的限制，增加精细光谱测量的困难。尤其是红外谱段，近十多年来发展起来的傅里叶变换光谱辐射计(简记作FT辐射计)、哈达玛变换光谱仪等，以光谱分辨率高、信噪比大、测量时间短等一系列优点得到日益广泛的应用。新型光电探测器、信号处理技术以及计算机技术的发展，使傅立叶光谱仪器的应用前景更为广阔，不仅在实验室，而且被广泛用于航空航天的光谱测量仪器。 6.5 傅立叶变换光谱辐射计 M 1 M 2 B S I R S F C D 准直镜 聚光镜 迈克尔逊干涉仪示意 6.5 傅立叶变换光谱辐射计 6.5 傅立叶变换光谱辐射计 6.5 傅立叶变换光谱辐射计 干涉图函数为： 光源的光谱强度分布为： 连续改变干涉仪的光程差，利用光电元件可以记录干涉仪中射出的可变光辐射通量，得出干涉图函数。对干涉图作傅立叶余弦变换，就可得到任何波数的辐射光强度。 6.5 傅立叶变换光谱辐射计 傅立叶变换光谱仪的分辨本领： 如果干涉装置所能达到的最大光程差为?xm，则傅立叶变换光谱仪的分辨本领即最小刚能分辨的两谱线的波数差应为 ??=1/2xm 当光源不是理想的点光源时，极限分辨率与光源对仪器所张立体角有关。 6.5 傅立叶变换光谱辐射计 傅立叶变换光谱仪的优点： 多路优点（Fellgett优点） 辐射通量大的优点 波数示数精度高（Connes优点） 杂散光低 傅立叶变换光谱仪的优点 傅立叶变换光谱仪的优点： 傅立叶变换光谱仪的优点： 6.5 傅立叶变换光谱辐射计 光谱分光技术 傅立叶光谱技术 机械旋转法 角镜干涉仪 直角反射镜 光谱分光技术 傅立叶光谱技术 扭摆式干涉仪 光谱分光技术 傅立叶光谱技术 楔式干涉仪 光谱分光技术发展方向 色散元件 光谱分光技术发展方向 无动镜FT光谱仪 6.5 傅立叶变换光谱辐射计 地物辐射 T R A N S E P T - I I I 干涉仪 移动棱镜 固定镜 固定镜 前置光 学系统 大气介质 红外 探测器 6.5 傅立叶变换光谱辐射计 6.5 傅立叶变换光谱辐射计 Sagnac Spectral-imager 6.3 单色仪 单色仪用来将具有宽谱段辐射的光源分成一系列谱线很窄的单色光，因而它既可作为一个可调波长的单色光源，也可作为分光器。 单色仪是利用色散元件(棱镜、光栅等)对不同波长的光具有不同色散角的原理，将光辐射能的光谱在空间分开，并由入射狭缝和出射狭缝的配合，在出射狭缝处得到所要求的窄谱段光谱辐射。 6.3.1 棱镜单色仪 透射镜头色散的影响，实际系统多采用凹面辐射镜(无色差) 棱镜单色仪以最小偏向角状态工作，此时虽然色散角较小，但整体工作性能较好。 最小偏向角：由入射狭缝出来的单色光入射到棱镜与棱镜射出的光与棱镜两棱边具有有相同或相近的夹角。 6.3.1 棱镜单色仪 单色仪工作的谱段范围主要取决于棱镜所用材料及其色散值，棱镜的色散值应尽可能大， 6.3.1 棱镜单色仪 在可见谱段，玻璃的色散值随波长λ的增大而减小；在红外谱段材料的工作谱段内, 色散值随波长的增大而增加。当单色仪工作在相当宽谱段范围内时, 需更换不同材料的棱镜。 图6-11 可见谱段色散材料的色散曲线 图6-12 红外谱段色散材料的色散曲线 6.3.1 棱镜单色仪 角散射 角色散表示色散元件分开不同波长辐射能的能力。对于棱镜，角色散为 式中，t是三角形棱镜底边尺寸，a0是沿缝高方向光束的口径，dn/d?是棱镜材料的色散值。 主