光谱仪器1精简.ppt

1、光谱仪器的基本知识A Basic Introduction of Spectrometer Instruments,陈和 北京理工大学 光电学院 Tel：68918398,OPTICS Spectrometer,|,Creative ways to construct winning e-mails,参考资料,光谱仪器学， 林中，范世福编著，机械工业出版社，1989 光谱仪器设计，吴国安编著，科学出版社，1978 光谱仪器原理，李全臣,蒋月娟，北京理工大学出版社，1999 激光光谱学，德 沃尔夫冈，科学出版社，2012 维基百科 ,|,Creative ways to construct wi

2、nning e-mails,A spectrometer (spectrophotometer, spectrograph or spectroscope) is an instrument used to measure properties of light over a specific portion of the electromagnetic spectrum, typically used in spectroscopic analysis to identify materials. Wikipedia A spectrometer is the general term fo

3、r describing a combination of spectral apparatus with one or more detectors to measure the intensity of one or more spectral bands.,|,Creative ways to construct winning e-mails,4,|,光谱信息技术北京理工大学,光谱仪的功能,光谱仪是进行光谱研究和进行物质光谱分析的装置 测定被研究的光的光谱组成。（波长，强度，轮廓等） 光谱仪器应该具有的功能： 将被研究的光按波长或波数分解开 测定各波长的光所具有的能量，得到能量的波长分

4、布 显示，记录测量到的信息，得到光谱图 通过分析光谱鉴定材料组成 等,|,Creative ways to construct winning e-mails,5,|,光谱信息技术北京理工大学,光谱仪的构成,光源 照明系统 准直系统 色散系统 成像系统 接收，检测和显示系统 控制系统,研究对象本身 用来激发照射研究对象,会聚被研究的光。（聚光本领要大） 匹配后续光学系统。（发散角和口径）,入射狭缝：对于后续系统，入射狭缝成为替代光源 准直物镜：确保平行光进入色散系统,将入射光分解为光谱 棱镜，光栅，滤光片,将色散开的光成像在物镜的焦平面上 形成一系列按波长排列的狭缝的单色像,|,Creativ

5、e ways to construct winning e-mails,光谱仪器的分类,按照色散原理分： 棱镜光谱仪 光栅光谱仪 干涉光谱仪,按照功能结构分： 单色仪 发射光谱仪 吸收光谱仪 荧光光谱仪 调制光谱仪 其他（拉曼，光声等等）,按照工作光谱范围分： 紫外光谱仪 可见光光谱仪 近红外光谱仪 ,|,Creative ways to construct winning e-mails,光谱仪的基本特性和参数,光谱仪的速度 收集光的本事 光谱透射率 光学元件，色散元件（探测系统） 光谱分辨本领 光谱仪分开波长接近的两条谱线的能力 自由光谱区 棱镜材料的正常色散区，光栅的级数 色散率 角色散

6、率，线色散率 光度特性 被测光谱亮度与仪器测得光度数值的关系 工作效率 记录光谱精度和速度的指标（分辨率和光强度的乘积）,|,Creative ways to construct winning e-mails,光谱仪速度,光谱仪收集光的本领,单位立体角内的谱强度I照射到面积为A的入射狭缝上，光谱仪接收角度为，谱间隔d内的光谱被传递过去：,AS：入射狭缝出光源的像面积，T：透射率,定义 光谱仪的采光本领： U=A,|,Creative ways to construct winning e-mails,如何实现光谱仪的最优速度,让光源在狭缝成的像能够完全利用光收集的立体角。,思考：为何要用毛玻

7、璃将激光变成非相干的二次光源？,|,Creative ways to construct winning e-mails,色散率,角色散率 表示两不同波长光线之间分开的角距离。,线色散率 不同波长谱线在成像系统焦平面上彼此分开的距离。,|,Creative ways to construct winning e-mails,色散率2,线色散率和角色散率的关系,|,Creative ways to construct winning e-mails,光谱分辨本领,其中，=1-2表示两个非常靠近又刚好可以分辨出来的谱线之间的最小间距，它们的中心波长为1，2。 如果两条谱线的中心极大之间有一个明显的

8、凹坑，认为它们是可分辨的。 对于不同的谱线线型，有不同的分辨率。,光谱分辨本领（分辨率）的定义：,|,Creative ways to construct winning e-mails,光谱分辨的判据,瑞利判据：一条谱线的衍射中心极大落到另一条谱线的一阶极小值处，则认为它们是可分辨的。 其他判据（道斯，斯派罗）,瑞利判据的两个假设： 假设两条谱线的强度和线型完全相同。 假设接收器的灵敏度大于或等于20%。,|,Creative ways to construct winning e-mails,如何确定分辨率,对于棱镜或光栅光谱仪器，一般采用矩形孔径光阑，根据矩孔衍射，即使狭缝宽度无限窄，光

9、阑衍射也会在像面产生一个有一定宽度的像：,|,Creative ways to construct winning e-mails,根据瑞利判据，一条谱线的最大值正好落在另一条的中心极小值上，则：,如何确定分辨率,两条波长差为的谱线色散后的距离：,色散大于判据方可分辨，分辨本领的基本限制为：,|,Creative ways to construct winning e-mails,分辨率的讨论,考虑一定宽度的狭缝,这时要满足瑞利判据，有,同样，色散要大于判据：,光谱分辨率所受的限制并非来自于入射狭缝的衍射，而是来自于尺寸大得多的光阑的限制，它决定于棱镜或光栅的尺寸,|,Creative way

10、s to construct winning e-mails,分辨率的讨论,狭缝宽度对分辨率的影响 虽然狭缝不直接影响光谱分辨率，但是它会限制透过的光强。,如图，只有当衍射中心极大值的发散角小于光谱仪器的接收角时，才能够全部通过光阑，这就设定了入射狭缝有效宽度的下限：,此时的狭缝和光阑引起的衍射对的实际限制：,考虑强度对狭缝的最小宽度限制下的光谱分辨本领：,|,Creative ways to construct winning e-mails,思考：不改变狭缝的宽度而单单增加狭缝的高度对分辨率的影响。,|,Creative ways to construct winning e-mails,自由光谱区,在自由光谱区内，入射光的波长和入射狭缝的成像位置之间有一一对应的关系。 棱镜：整个正常色散区。 光栅：取决于衍射阶数m。 干涉