光柵光譜儀(光譜儀原理)
1.光譜儀原理
光譜儀spectrometer將復色光分離成光譜的光學(xué)儀器。
光譜儀有多種類(lèi)型，除在可見(jiàn)光波段使用的光譜儀外，還有紅外光譜儀和紫外光譜儀。按色散元件的不同可分為棱鏡光譜儀、光柵光譜儀和干涉光譜儀等。
按探測方法分，有直接用眼觀(guān)察的分光鏡，用感光片記錄的攝譜儀，以及用光電或熱電元件探測光譜的分光光度計等。單色儀是通過(guò)狹縫只輸出單色譜線(xiàn)的光譜儀器，常與其他分析儀器配合使用。
圖中所示是三棱鏡攝譜儀的基本結構。狹縫S與棱鏡的主截面垂直，放置在透鏡L的物方焦面內，感光片放置在透鏡L的像方焦面內。
用光源照明狹縫S, S的像成在感光片上成為光譜線(xiàn)，由于棱鏡的色散作用，不同波長(cháng)的譜線(xiàn)彼此分開(kāi)，就得入射光的光譜。棱鏡攝譜儀能觀(guān)察的光譜范圍決定于棱鏡等光學(xué)元件對光譜的吸收。
普通光學(xué)玻璃只適用于可見(jiàn)光波段，用石英可擴展到紫外區，在紅外區一般使用氯化鈉、溴化鉀和氟化鈣等晶體。目前普遍使用的反射式光柵光譜儀有較寬的光譜范圍。
表征光譜儀基本特性的參量有光譜范圍、色散率和分辨本領(lǐng)等。基于干涉原理設計的光譜儀（如法布里-珀羅干涉儀）具有很高的色散率和分辨本領(lǐng)，常用于光譜精細結構的分析。
/view/69332.htm光柵 光柵：光柵是結合數碼科技與傳統印刷的技術(shù)，能在特制的膠片上顯現不同的特殊效果。在平面上展示栩栩如生的立體世界，電影般的流暢動(dòng)畫(huà)片段，匪夷所思的幻變效果。
光柵是一張由條狀透鏡組成的薄片，當我們從鏡頭的一邊看過(guò)去，將看到在薄片另一面上的一條很細的線(xiàn)條上的圖像，而這條線(xiàn)的位置則由觀(guān)察角度來(lái)決定。如果我們將這數幅在不同線(xiàn)條上的圖像，對應于每個(gè)透鏡的寬度，分別按順序分行排列印刷在光柵薄片的背面上，當我們從不同角度通過(guò)透鏡觀(guān)察，將看到不同的圖像。
立體效果 根據研究，我們人類(lèi)的眼睛在觀(guān)察一個(gè)三維物體時(shí)，由于兩眼水平分開(kāi)在兩個(gè)不同的位置上，所觀(guān)察到的物體圖像是不同的，它們之間存在著(zhù)一個(gè)像差，由于這個(gè)像差的存在，通過(guò)人類(lèi)的大腦，我們可以感到一個(gè)三維世界的深度立體變化，這就是所謂的立體視覺(jué)原理。 據立體視覺(jué)原理，如果我們能夠樣我們的左右眼分別看到兩幅在不同位置拍攝的圖像，我們應該可以從這兩幅圖像感受到一個(gè)立體的三維空間。
從前面的分析中我們可以知道不同的觀(guān)察角度將可以看到不同的圖像。因如果我們將光柵垂直於兩眼放置，由于兩眼對光柵的觀(guān)察角度不同，因而兩眼會(huì )看到兩個(gè)不同的圖像，從而產(chǎn)生立體感。
常為了獲得更好的立體效果我不單單以?xún)煞鶊D像制作，而是用一組序列的立體圖像去構成，在這樣的情況下，根據觀(guān)察的位置不同，只要同時(shí)看到這個(gè)序列中的兩副圖像，即可感受到三維立體效果。 動(dòng)畫(huà)\幻變\變畫(huà) 將光柵平置于兩眼之間，注意兩眼對光柵的線(xiàn)紋角度要保持平行，因而兩眼看到的是同一個(gè)圖像，如果圖像是由一列連續動(dòng)畫(huà)所構成，那么當雙眼上下移動(dòng)或把光柵上下翻動(dòng)時(shí)，雙眼與光柵的角度將發(fā)生變化，我們也將看到一個(gè)接一個(gè)的連續圖像，即看到一個(gè)動(dòng)畫(huà)或變畫(huà)的效果。
光柵原理明說(shuō)明 光柵也稱(chēng)衍射光柵。是利用多縫衍射原理使光發(fā)生色散（分解為光譜）的光學(xué)元件。
它是一塊刻有大量平行等寬、等距狹縫（刻線(xiàn)）的平面玻璃或金屬片。光柵的狹縫數量很大，一般每毫米幾十至幾千條。
單色平行光通過(guò)光柵每個(gè)縫的衍射和各縫間的干涉，形成暗條紋很寬、明條紋很細的圖樣，這些銳細而明亮的條紋稱(chēng)作譜線(xiàn)。譜線(xiàn)的位置隨波長(cháng)而異，當復色光通過(guò)光柵后，不同波長(cháng)的譜線(xiàn)在不同的位置出現而形成光譜.光通過(guò)光柵形成光譜是單縫衍射和多縫干涉的共同結果。
一、何謂光柵板 就是指有一面被擠壓成圓柱形線(xiàn)條 一面為完整平面的塑膠材料，且圓柱形線(xiàn)條間距相等謂之「 光柵 」 此光柵平面可作為印刷之用途，使用光柵視覺(jué)軟體合成圖檔后，使用不同輸出設備輸出檔案，并與光柵貼合或直接印刷在光柵板上，就可以呈現如右圖所示的效果，讓動(dòng)畫(huà)可以直接在平面的印刷上呈現出螢幕所看見(jiàn)的變圖效果。 二、窄角度光柵與寬角度光柵 在選擇適合的光柵板時(shí)，光柵彎曲的角度是非常重要的事，一般來(lái)說(shuō) 3 D 立體效果最理想的光柵是使用窄角度光柵板，它的視角大約在15度 ~ 44度之間的效果是最好的，如果要制作變圖或動(dòng)畫(huà)的效果，寬角度光柵板的視角約44度~ 65度之間是最適合的光柵板。
三、市面常用之光柵種類(lèi)與用途 在制作各種光柵視覺(jué)效果前，必須要先了解光柵的特性、種類(lèi)、規格、厚度、尺寸、方向性等，才能仔細判別如何制作出精致的光柵影像效果，就臺灣市面上常用之光柵材料做分類(lèi)，可分為以下幾種。 印刷光柵材質(zhì)：PET、PP、PVC、TPU等，PET、PP為硬質(zhì)平板環(huán)保材質(zhì)，PVC、TPU為軟質(zhì)材質(zhì)。
印刷光柵線(xiàn)數：50 LPI、60 LPI、62 LPI、75 LPI、100 LPI。 光柵線(xiàn)數效果：50 LPI------------3D、Flip------------常用材料 60 LPI------------3D、Flip、Zoom、Twist、Animation 62 LPI------------3D、Flip、Zoom、Twist、Animation 75 LPI------------3D、Flip、Zoom、Twist、Animation------------常用材料 100 LPI-----------3D、Flip------------常用材料 光柵 設計圖。
2.光柵光譜儀的國內外研制狀況是什么
光譜儀基礎知識介紹光譜分析方法作為一種重要的分析手段，在科研、生產(chǎn)、質(zhì)控等方面，都發(fā)揮著(zhù)極大的作用。
無(wú)論是穿透吸收光譜，還是熒光光譜，拉曼光譜，如何獲得單波長(cháng)輻射是不可缺少的手段。由于現代單色儀可具有很寬的光譜范圍（UV- IR），高光譜分辨率（到0.001nm），自動(dòng)波長(cháng)掃描，完整的電腦控制功能極易與其他周邊設備融合為高性能自動(dòng)測試系統，使用電腦自動(dòng)掃描多光柵單色儀已成為光譜研究的首選。
當一束復合光線(xiàn)進(jìn)入單色儀的入射狹縫，首先由光學(xué)準直鏡匯聚成平行光，再通過(guò)衍射光柵色散為分開(kāi)的波長(cháng)（顏色）。利用每個(gè)波長(cháng)離開(kāi)光柵的角度不同，由聚焦反射鏡再成像出射狹縫。
通過(guò)電腦控制可精確地改變出射波長(cháng)。●光柵基礎光柵作為重要的分光器件，它的選擇與性能直接影響整個(gè)系統性能。
為更好協(xié)助各位使用者選擇，在此做一簡(jiǎn)要介紹。光柵分為刻劃光柵、復制光柵、全息光柵等。
刻劃光柵是用鉆石刻刀在涂薄金屬表面機械刻劃而成；復制光柵是用母光柵復制而成。典型刻劃光柵和復制光柵的刻槽是三角形。
全息光柵是由激光干涉條紋光刻而成。全息光柵通常包括正弦刻槽。
刻劃光柵具有衍射效率高的特點(diǎn)，全息光柵光譜范圍廣，雜散光低，且可作到高光譜分辨率。◆如何選擇光柵選擇光柵主要考慮如下因素：1、閃耀波長(cháng)，閃耀波長(cháng)為光柵最大衍射效率點(diǎn)，因此選擇光柵時(shí)應盡量選擇閃耀波長(cháng)在實(shí)驗需要波長(cháng)附近。
如實(shí)驗為可見(jiàn)光范圍，可選擇閃耀波長(cháng)為500nm。2、光柵刻線(xiàn)，光柵刻線(xiàn)多少直接關(guān)系到光譜分辨率，刻線(xiàn)多光譜分辨率高，刻線(xiàn)少光譜覆蓋范圍寬，兩者要根據實(shí)驗靈活選擇。
3、光柵效率，光柵效率是衍射到給定級次的單色光與入射單色光的比值。光柵效率愈高，信號損失愈小。
為提高此效率，除提高光柵制作工藝外，還采用特殊鍍膜，提高反射效率。◆光柵方程反射式衍射光柵是在襯底上周期地刻劃很多微細的刻槽，一系列平行刻槽的間隔與波長(cháng)相當，光柵表面涂上一層高反射率金屬膜。
光柵溝槽表面反射的輻射相互作用產(chǎn)生衍射和干涉。對某波長(cháng)，在大多數方向消失，只在一定的有限方向出現，這些方向確定了衍射級次。
如圖1所示，光柵刻槽垂直輻射入射平面，輻射與光柵法線(xiàn)入射角為α，衍射角為β，衍射級次為m,d為刻槽間距，在下述條件下得到干涉的極大值：Mλ=d(sinα+sinβ)定義φ為入射光線(xiàn)與衍射光線(xiàn)夾角的一半，即φ=（α-β）/2；θ為相對于零級光譜位置的光柵角，即θ=（α+β）/2，得到更方便的光柵方程：mλ=2dcosφsinθ從該光柵方程可看出：對一給定方向β，可以有幾個(gè)波長(cháng)與級次m相對應λ滿(mǎn)足光柵方程。比如600nm的一級輻射和300nm的二級輻射、200nm的三級輻射有相同的衍射角，這就是為什么要加消二級光譜濾光片輪的意義。
衍射級次m可正可負。對相同級次的多波長(cháng)在不同的β分布開(kāi)。
含多波長(cháng)的輻射方向固定，旋轉光柵，改變α，則在α+β不變的方向得到不同的波長(cháng)。●光柵單色儀重要參數：◆分辨率光柵單色儀的分辨率R是分開(kāi)兩條臨近譜線(xiàn)能力的度量，根據羅蘭判據為：R=λ/Δλ光柵光譜儀中有實(shí)際意義的定義是測量單個(gè)譜線(xiàn)的半高寬（FWHM）。
實(shí)際上，分辨率依賴(lài)于光柵的分辨本領(lǐng)、系統的有效焦長(cháng)、設定的狹縫寬度、系統的光學(xué)像差以及其它參數。R∝ M·F/WM-光柵線(xiàn)數 F-譜儀焦距 W-狹縫寬度。
◆色散光柵光譜儀的色散決定其分開(kāi)波長(cháng)的能力。光譜儀的倒線(xiàn)色散可計算得到：沿單色儀的焦平面改變距離χ引起波長(cháng)λ的變化，即：Δλ/Δχ=dcosβ/mF這里d、β、F分別是光柵刻槽的間距、衍射角和系統的有效焦距，m為衍射級次。
由方程可見(jiàn)，倒線(xiàn)色散不是常數，它隨波長(cháng)變化。在所用波長(cháng)范圍內，變化可能超過(guò)2倍。
根據國家標準，在本樣本中，用1200l/mm光柵色散的中間值（典型的為435.8nm）時(shí)的倒線(xiàn)色散。◆帶寬帶寬是忽略光學(xué)像差、衍射、掃描方法、探測器像素寬度、狹縫高度和照明均勻性等，在給定波長(cháng)，從光譜儀輸出的波長(cháng)寬度。
它是倒線(xiàn)色散和狹縫寬度的乘積。例如，單色儀狹縫為0.2mm，光柵倒線(xiàn)色散為2.7nm/mm，則帶寬為2.7*0.2=0.54nm。
◆波長(cháng)精度、重復性和準確度波長(cháng)精度是光譜儀確定波長(cháng)的刻度等級，單位為nm。通常，波長(cháng)精度隨波長(cháng)變化。
波長(cháng)重復性是光譜儀返回原波長(cháng)的能力。這體現了波長(cháng)驅動(dòng)機械和整個(gè)儀器的穩定性。
卓立漢光的光譜儀的波長(cháng)驅動(dòng)和機械穩定性極佳，其重復性超過(guò)了波長(cháng)精度。波長(cháng)準確度是光譜儀設定波長(cháng)與實(shí)際波長(cháng)的差值。
每臺單色儀都要在很多波長(cháng)檢查波長(cháng)準確度。◆F/#F/#定義為光譜儀準直凹面反射鏡的直徑與焦距的比值。
光通過(guò)效率與F/#的平方成反比，F/#愈小，光通過(guò)率愈高。
3.請介紹光譜儀的工作原理和基本功能
通過(guò)對材料光譜的測量可以得到其光學(xué)性質(zhì)。
傳統的光譜技術(shù)包括反射光譜、吸收光譜、發(fā)光光譜和喇曼散射光譜， 它們都屬于色散型光譜技術(shù)。色散型光譜儀測量的是光源經(jīng)過(guò)光柵分光以后的光信號， 給出光強的波長(cháng)分布。
色散型光譜儀分為紫外、可見(jiàn)光和紅外光譜儀。 非色散型光譜儀包括傅立葉變換紅外吸收光譜、光導電譜、光聲光譜和光熱光譜。
它們具有更高的測量靈敏度。 對于光譜功能的認識，可以通過(guò)一個(gè)例子說(shuō)明。
比如半導體的吸收光譜。半導體的本征吸收對應價(jià)帶頂的電子吸收一個(gè)光子獲得能量從而跨過(guò)能隙到導帶底 ； 晶格吸收（一般是離子晶體的紅外吸收）對應紅外光激發(fā)相同頻率的聲子。
還有施主和受主的雜質(zhì)吸收和激子吸收等等。光的吸收就是在光的作用下由低能級向高能級的量子躍遷。
4.光柵光譜儀 衍射光的角度與哪些物理量有關(guān)
光柵光譜儀 衍射光的角度與哪些物理量有關(guān)
衍射光柵是一種由密集﹑等間距平行刻線(xiàn)構成的非常重要的光學(xué)器件，分反射和透射兩大類(lèi)。
作用：
它利用多縫衍射和干涉作用﹐將射到光柵上的光束按波長(cháng)的不同進(jìn)行色散﹐再經(jīng)成像鏡聚焦而形成光譜。天文儀器中應用較多的是反射光柵﹐它的基底是低膨脹系數的玻璃或熔石英﹐上面鍍鋁﹐然后把平行線(xiàn)刻在鋁膜上。
形成條件
相關(guān)公式：d·sinθ= n·λ
其中d為為兩狹縫之間的間距，θ為衍射角度，n為光柵級數，λ為波長(cháng)。
通常所講的衍射光柵是基于夫瑯禾費多縫衍射效應工作的。描述光柵結構與光的入射角和衍射角之間關(guān)系的公式叫“光柵方程”。
