光栅单色仪
2012-05-22 17:21:02 来源：卓立汉光
光栅方程
反射式衍射光栅是在衬底上周期地刻划很多微细的刻槽，一系列平行刻槽的间隔与波长相当，光栅表面涂上一层高反射率金属膜。光栅沟槽表面反射的辐射相互作用产生衍射和干涉。对某波长，在大多数方向消失，只在一定的有限方向出现，这些方向确定了衍射级次。如图1所示，光栅刻槽垂直辐射入射平面，辐射与光栅法线入射角为α，衍射角为β，衍射级次为m，d为刻槽间距，在下述条件下得到干涉的*值：Mλ=d（sinα+sinβ）
定义φ为入射光线与衍射光线夹角的一半，即φ=(α-β)/2；θ为相对于零级光谱位置的光栅角，即θ=(α+β)/2,得到更方便的光栅方程：
mλ=2dcosφsinθ
从该光栅方程可看出：
对一给定方向β，可以有几个波长与级次m相对应λ满足光栅方程。比如600nm的一级辐射和300nm的二级辐射、200nm的三级辐射有相同的衍射角，这就是为什么要加消二级光谱滤光片轮的意义。
衍射级次m可正可负。
对相同级次的多波长在不同的β分布开。
含多波长的辐射方向固定，旋转光栅，改变α，则在α+β不变的方向得到不同的波长。
光栅单色仪重要参数：
分辨率：
光栅单色仪的分辨率R是分开两条临近谱线能力的度量，根据罗兰判据为：R=λ/Δλ
光栅光谱仪中有实际意义的定义是测量单个谱线的半高宽(FWHM)。实际上，分辨率依赖于光栅的分辨本领、系统的有效焦长、设定的狭缝宽度、系统的光学像差以及其它参数。 R∝ M·F/W M-光栅线数 F-谱仪焦距 W-狭缝宽度
色散：
光栅光谱仪的色散决定其分开波长的能力。光谱仪的倒线色散可计算得到：沿单色仪的焦平面改变距离χ引起波长λ的变化，即：Δλ/Δχ=dcosβ/mF
这里d、β、F分别是光栅刻槽的间距、衍射角和系统的有效焦距，m为衍射级次。由方程可见，倒线色散不是常数，它随波长变化。在所用波长范围内，变化可能超过2倍。根据国家标准，在本样本中，用1200l/mm光栅色散的中间值（典型的为435.8nm）时的倒线色散。
带宽：
带宽是忽略光学像差、衍射、扫描方法、探测器像素宽度、狭缝高度和照明均匀性等，在给定波长，从光谱仪输出的波长宽度。它是倒线色散和狭缝宽度的乘积。例如，单色仪狭缝为0.2mm，光栅倒线色散为2.7nm/mm，则带宽为2.7×0.2=0.54nm。
波长分辨率、重复性和准确度：
波长分辨率是光谱仪确定波长的刻度等级，单位为nm。通常，波长分辨率随波长变化。
波长重复性是光谱仪返回原波长的能力。这体现了波长驱动机械和整个仪器的稳定性。
卓立汉光的光谱仪的波长驱动和机械稳定性极佳，其重复性超过了波长分辨率。
波长准确度是光谱仪设定波长与实际波长的差值。每台单色仪都要做多波长波长准确度检查
F/#
F/#定义为焦距(f)与光谱仪内有效光学元件*小通光孔径(D)的比值。光通过效率与F/#的平方成反比，F/#愈小，光通过率愈高。
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