《光电仪器原理与设计》郝群（电子课件）第9章 干涉仪与光谱仪.pptVIP

* 光谱仪的评价指标 色散率 表明不同波长的光束经色散系统后出射光彼此分开的程度。可以用角色散率或线色散率来表述。 角色散率表示两不同波长的光束彼此分开的角距离，用d?/d?表示，单位rad/nm。角色散率主要取决于色散元件的几何参数、个数和在仪器中安放的位置。 光栅角色散率 棱镜角色散率 * * 光谱仪的评价指标 角色散率d?/d?与线色散率dl/d? * f ′ λ1 λ0 λ2 dθ dθ G f ′为成像物镜的焦距 目前各国生产的小型和中型光谱仪的线色散率倒数约为(10~1)nm/mm，大型光谱仪的线色散率倒数约为(1~0.1)nm/mm，法布里-珀罗干涉光谱仪的线色散率倒数可达(0.01~0.001)nm/mm，甚至更大。 * 光谱仪的评价指标 分辨率 分辨率是表示光谱仪分开两条极为靠近的光谱线的能力，是光谱仪器极为重要的指标。 分辨率的大小首先决定于仪器的色散率，同时还与仪器的狭缝宽度、衍射、像差、两条谱线强度分布及相对位置、记录显示装置的探测灵敏度有关。 根据瑞利判据，分辨率 * 式中δλ是被分辨的两谱线的最小分辨间隔， 为平均波长。 　　一般中小型棱镜光谱仪的分辨率为103~105，特大型棱镜光谱仪可达1.4×105。衍射光栅光谱仪的分辨率可达5×105，干涉光谱仪的分辨率最高可达5×107。 实际光谱仪性能指标 光谱学测量的基础是测量光辐射与波长的对应关系。一般来说，光谱学测量的直接结果是由很多个离散的点构成曲线，每个点的横坐标（X轴）是波长，纵坐标（Y轴）是在这个波长处的强度。因此，一个光谱仪的性能，可以粗略地分为下面几个大类： 波长范围（在X轴上的可以测量的范围） 波长分辨率（在X轴上可以分辨到什么程度的信号变化） 噪声等效功率和动态范围（在Y轴上可以测量的范围） 灵敏度与信噪比（在Y轴上可以分辨到什么程度的信号变化） 杂散光与稳定性（信号的测量是否可靠？是否可重现） 采样速度和时序精度（一秒钟可以采集多少个完整的光谱？采集光谱的时刻是否精确？） * 实际光纤光谱仪技术指标 * 荷兰Avantes 实际光栅光谱仪技术指标 ? Omni-λ150 Omni-λ300 Omni-λ500 Omni-λ750 焦距(mm) 150 300 500 750 相对孔径 f/4.2 f/3.9 f/6.5 f/9.7 光学结构 C-T 机械扫描范围(nm) 0-900 0-1200 分辨率(nm) 0.4 0.1 0.05 0.03 倒线色散(nm/mm) 5.4 2.7 1.7 1.1 波长准确度(nm) ±0.25 ±0.2 波长重复性(nm) ±0.1 ±0.1 * 卓立汉光 技术参数表（@1200g/mm光栅条件下） 实际光栅光谱仪技术指标 * 卓立汉光 技术参数表（@1200g/mm光栅条件下） ? Omni-λ150 Omni-λ300 Omni-λ500 Omni-λ750 扫描步距(nm) 0.01 0.005 焦面尺寸(mm) 25(W)×10(H) 25(W) ×14(H) 光轴高度(mm) 134 狭缝规格 缝宽：0.01-3mm连续手动可调，可选配自动狭缝；缝高：2，4，10，14mm可选 光栅尺寸(mm) 32×32 68×68 光栅台 双光栅 三光栅 外型尺寸(mm) 190×200×158 360×260×195 550×288×195 800×338×195 重量(kg) 5 15 22 33 通讯接口 标配USB2.0，可选RS-232 本章小结 干涉仪 掌握干涉测量的基本原理，测长干涉仪精度分析，干涉仪元器件选型，常用的面形测量干涉仪光路（泰曼格林，斐索） 光谱仪 掌握光谱仪的基本结构、特性参数，光谱仪元器件选型 * 光电仪器原理课件 光电仪器原理课件 第九章　典型仪器的 原理与分析 * * * 第九章　典型仪器的原理与分析 第一节　激光干涉仪 第二节　光学轮廓仪* 第三节　共焦显微镜* 第四节　投影仪* 第五节　光谱仪 * 以干涉仪为代表的光电仪器 * 干涉基本原理 激光光源 光强探测器 光学系统 细分电路 多自由度同时探测 绝对距离测量 可能性：物理原理 可行性：基本器件 扩展性/适用性： 创新设计 惊人的发现 划时代的发明 产品开发研制 * 单色光迈克尔逊干涉仪 干涉测位移基本原理 * 光源 分光镜 参考面 被测面 探测器 参考臂 Lr 测量臂 Lm 理想情况下探测器上光强 其中，n为折射率 Lm为测量臂单程长度，Lr为参考臂单程长度 λ0为真空中的波长 初始干涉条纹级次 K1 = 2n(Lm-Lr)/λ0 * 单色光迈克尔逊干涉仪 干涉测位移基本原理 * 光源 分光镜 参考面 被测面 探测器 被测面移动距离ΔL 探测器