光学频谱分析一.PDF

光學頻譜分析(一) 注意事項 1. 請勿將雷射直射自己或他人眼睛。 2. 實驗進行中請站著量測數據，以避免坐著時同學不小心撞到雷射，雷射 光會直射眼睛。 3. 實驗中請戴眼鏡操作實驗，戴隱形眼鏡者，請帶上護目鏡。 目的 利用不同色光的雷射，來校準光譜儀（以稜鏡分光）。接著測量不同光源(LED 與 白熾燈)的光譜。 原理 由於稜鏡的折射率 n( ν)與入射光的頻率ν有關，所以不同頻率的入射光，在菱 鏡內部走的路徑一定不會相同。當非單一頻率的光源傾斜入射至菱鏡時，不同頻 率的光會被散開，這就是所謂光的色散（chromatic dispersion ）。（如下圖） 藉由此性質我們可以將非單色光源分光。至於光走的實際路徑，可由折射定率【見 附錄二】決定。 折射定率：n sinθ n sinθ 2 2 1 1 n1 、n2 代表不同介質的折射率，θ1、θ2分別表示入射角與折射角 1 接著利用此簡單定律 ，計算三稜鏡對於入射光線所產生的的偏離角度 （deviation angle ）。只要利用兩次折射定律及幾何角度的關係，就可以得到下列結果。 sinθi1 n sinθt 1 (1) n sinθ sinθ (2) i 2 t 2 α θ +θ (3) t1 i2 δ θ +θ -α (4) i1 t2 由（1）、（2 ）、（3 ）、（4 ）可以得到 −1  2 2 1  2 δ θ sin (sinα)(n sin θ ) sinθ cosα −α (5) + − − i1  i1 i1    ( ) n ν 為稜鏡的折射率【注意 ：為入射光頻率的函數】、α為三菱鏡的頂角、δ為 偏離角、θ 、θ 為入射角、θ 、θ 為折射角。 i1 i2 t 1 t 2 首先將已知兩種不同頻率的單色光射入至三稜鏡，經過兩次折射回到空氣中，由 於不同頻率的單色光其偏離角度不同，所以分散在不同的角度方向上，其它未知 波長的位置則由線性的內外差法決定。 附錄一 某些物質，折射率與入射光波長的關係 2 附錄二 1.惠更斯原理(Huygens’ principle) 假設波前(wave front ：ab)上的每一點，可以視為二級的波列(wavelets)源，然後以 原來波動速率 （在同一介質中）向四面八方傳播，新的波前 （cd ）與二級的波列 源相切，成為其波包(envelope) 。此原理可以簡單的幾何來決定，下一個時刻波 前的形狀。 2.利用惠更斯原理來證明折射定率： 假設某一個波前（A A ）從介質a （折射率na ）往介質b （折射率nb ）傳播，A 3 在恰好在交界面上 ，利用惠更斯原理來找t 時間後透射波波前的位置 （OB ），二 級的波列Q 經過時間t 球面波的半徑為v t ，而二級的波列A 經過時間t 球面波 a 的半徑