第二章光谱仪及光电探测器件优秀课件

2dsinmb
b : 闪耀波长
√通常在产品目录中给出了m =1的一级光谱的闪耀波长。在闪耀方向上，闪耀波长
b 的光强可以达到入射光强的80%
√通常，闪耀光栅使用的一级光谱波长范围在 (2/32)b
一级光谱波长范围在 (2/52/3)b
3 光栅单色仪
单光栅单色仪
双光栅单色仪
G1，G2同方向转动，色散相加型 G1，G2反方向转动，色散相减型
平面光栅
闪耀光栅
刻槽面法线将与光栅法线成角 反射系数 R() 与刻槽倾斜角 有关
√单缝衍射光强主极大发生在： i r 即满足反射定律的反射方向上
ir
()/2 闪耀角条件
√求满足反射定律的反射方向上形成的明纹条件
m d(s i n sin )
m2dcoissin
光栅调在自准直光路时称李特洛装置，i 0
瑞利准则
例：一块宽10cm的1200线/mm的光栅，其一级光谱分辩本领1.是2105,在5000埃附近，可 分辨的波长差约为： R0.5A
√ 光谱叠级
m11 m22 m 33 将出现光谱重迭
没有迭级的区域称为自由光谱区： m
2 闪耀光栅
平面光栅零级衍射的能量最大，随着衍射级次的增高，衍射能量将逐渐 减少。由于零级衍射没有色散，对分光无用，而色散高的二级、三级等 强度较低，不利于使用光栅色散大的高级次。为了解决衍射能量的利用 问题，现代光谱仪中经常采用闪耀光栅。它可使最大衍射能量集中在所 需的级次上。
第二章光谱仪及光电探测器件
(1)光栅衍射光的强度：
衍射光强（正入射)：
IR
R()I0
sin2(N/2) sin2(/2)
2dsin/: 相邻两衍射光的位相差
R(): 单缝衍射的强度分布，与光栅槽型有关。这里
R(
)
sinu
2
u
u2ssin
（单缝两边沿处次波的位相差的一半）
多光束干涉强度分布受单缝衍射强度分布的调制
透射光最强条件： 4nrLm
设由于扫描，镜间距L发生变化改变，LL0 L
4n m rL0c4n m rL2 0cL
扫描干涉仪的自由Байду номын сангаас谱区
F
c 4nr L
扫描干涉仪使用时，要用一透镜将干涉仪中央平面上的干涉条纹成象到光屏的小 孔光阑上，且只让中心干涉级通过而被探测器接收。当用压电晶体改变两反射镜 间距离时，则可从小孔出射不同波长的单色光。
波长(数)精度高(±0.01cm-1)，重现性好。 分辨率高。 扫描速度快。傅立叶变换仪器动镜一次运动完成一次扫描所需时
间仅为一至数秒,可同时测定所有的波数区间。而色散型仪器在任 一瞬间只观测一个很窄的频率范围,一次完整的扫描需数分钟。 主要应用于红外、远红外光波段。
第三节 光电探测器
√光探测器是指利用光子效应或光热效应把光辐射量转换成另一种
测出周期即可得单色波长
如入射光为两等强度波数不同单色光，在动镜移动时由于两者的变化周期1/~1, 1/~2
不同，干涉图的衬比将变小。
设一连续光 B~ I( )0 B ~ 1co 2 ~ s d ~0 B ~ d ~0 B ~ co 2 ~ s d ~ I0 B ~ co 2 ~ s d ~
便于测量的物理量的器件。
√从测量技术看，电量到目前为止是最方便、最精确的。所以大多数
光探测器都是把光辐射量转换成电量来实现对光辐射的探测。即使直接转 换量不是电量，通常也总是把非电量（如温度、体积等）转换成电量来实 施测量
√光电探测器以光子作为信息载体的器件，应用它来探测、处理
3 傅立叶变换光谱仪
√傅立叶变换光谱仪(FTIR)是将迈克尔逊干涉仪、调制技术与计算机技术相结
合的一种新型光谱仪。
√傅立叶变换红外光谱仪是用于测量材料红外吸收和发射的主要方法。
设动镜相对于定镜的移动距离为x，故两镜的光程差为Δ=2x 探测器接收到的光强（光源单色时）：
I ( ) I 0 ( 1 c) o I 0 ( 1 s c2 o ~ )s
第二节 干涉仪
1 法布里─珀罗干涉仪
透射光强：
IT
I0
1Fsin2(
2)
两束透射光的光程差 2Lcos
干涉极大条件：2 L c o s m m 1 ,2 ,3
等倾干涉，同心圆环
4 cos
F
4R (1 R)2
精细度
FP干涉仪的通光特性是有波长选择性的，即具有滤光特性
F_P主要参数
√角色散率
反射镜M 2 连续移动时，用光电接收器同步地记录下光通量的改变，就可得到 I 随
变化的干涉图。对 I 进行傅立叶积分反变换，即得到频谱图 B~
B (~) 0 I co 2 s ~ d
大大提高了谱图的信噪比。FT-IR仪器所用的光学元件少，无狭缝 和光栅分光器，因此到达检测器的辐射强度大，信噪比大。
√随着刻槽线数N的增加，中心极大值的强度迅速增加，
但中央极大不具有分光能力（白光）
（2）光栅特性
√色散
描述经分光后不同波长的光线的分开程度
d/dm /d (co )s
角色散率与衍射级次m成正比，利用高的光谱级次可使光栅的角色散率增大
线色散率 D l :波长差为
的两条光谱线在谱仪的成象平面上两个象之间的
分开距离，
Dl d dlf
d df
m
dcos
在紫外及可见光谱区，常用的600线/mm光栅一级谱的角色散率约为610 4ra/dnm
二级谱达 12 10 4ra/d nm在一米光谱仪中一级线色散率为 6101mm /nm ，其倒数为1.6nm/m
√分辨本领
分辨两条非常接近的谱线的能力。
RmN
采用高的光谱级次m 和增大光栅的刻线总数均可使光栅 的分辨本领提高。
d d2Lm sint1g 1
线色散率
Dl
dl d
f
d d
f
例：设f = 500mm，=500nm，得距干涉环中心1mm处（即1 f ）的线色散率的倒数
1/Dl 0.02A/mm，这比大型光栅摄谱仪至少要高一个数量级。
√自由光谱区范围
欲使干涉圆环不重迭时，入射光的光谱间隔的最大限度
重迭时：( )m (m 1 )
F
2
m 2L
例：L=0.5cm,
o
5000A
0
F 0.25A
一般先需对入射光作色散，再送入F-P。
√分辩本领
d F
F
4R (1 R)2
精细度
例：设L
=
5mm，R=0.9，=500nm，可得：
.
6 105
.
0.00n1m
2 扫描干涉仪 亦称球面共焦扫描干涉仪，是在F--P干涉仪基础上发展起来的一种干涉仪