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光栅光谱仪,是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器。通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影,或电脑化自动显示数值仪器显示和分析,从而测知物品中含有何种元素。光栅光谱仪被广泛应用于颜色测量、化学成份的浓度测量或辐射度学分析、膜厚测量、气体成分分析等领域中。
光栅作为重要的分光器件,它的选择与性能直接影响整个系统性能。为更好协助各位使用者选择,在此做一简要介绍。
光栅分为刻划光栅、复制光栅、全息光栅等。刻划光栅是用钻石刻刀在涂薄金属表面机械刻划而成;复制光栅是用母光栅复制而成。典型刻划光栅和复制光栅的刻槽是三角形。全息光栅是由激光干涉条纹光刻而成。全息光栅通常包括正弦刻槽。刻划光栅具有衍射效率高的特点,全息光栅光谱范围广,杂散光低,且可作到高光谱分辨率。
如何选择光栅
选择光栅主要考虑如下因素:
1、闪耀波长,闪耀波长为光栅最大衍射效率点,因此选择光栅时应尽量选择闪耀波长在实验需要波长附近。如实验为可见光范围,可选择闪耀波长为500nm。
2、光栅刻线,光栅刻线多少直接关系到光谱分辨率,刻线多光谱分辨率高,刻线少光谱覆盖范围宽,两者要根据实验灵活选择。
3、光栅效率,光栅效率是衍射到给定级次的单色光与入射单色光的比值。光栅效率愈高,信号损失愈小。为提高此效率,除提高光栅制作工艺外,还采用特殊镀膜,提高反射效率。
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极大值: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。
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。
波长精度、重复性和准确度
波长精度是光谱仪确定波长的刻度等级,单位为nm。通常,波长精度随波长变化。
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精度。
波长准确度是光谱仪设定波长与实际波长的差值。每台单色仪都要在很多波长检查波长准确度。
F/#
F/#定义为光谱仪焦距与准直凹面反射镜的直径的比值。光通过效率与F/#的平方成反比,F/#愈小,光通过率愈高。
光谱分析方法作为一种重要的分析手段,在科研、生产、质控等方面,都发挥着极大的作用。无论是穿透吸收光谱,还是荧光光谱,拉曼光谱,如何获得单波长辐射是不可缺少的手段。由于现代单色仪可具有很宽的光谱范围(UV- IR),高光谱分辨率(到0.001nm),自动波长扫描,完整的电脑控制功能极易与其他周边设备融合为高性能自动测试系统,使用电脑自动扫描多光栅单色仪已成为光谱研究的首选。
当一束复合光线进入单色仪的入射狭缝,首先由光学准直镜汇聚成平行光,再通过衍射光栅色散为分开的波长(颜色)。利用每个波长离开光栅的角度不同,由聚焦反射镜再成像出射狭缝。通过电脑控制可精确地改变出射波长。
光谱仪 光谱仪spectrometer将复色光分离成光谱的光学仪器。光谱仪有多种类型,除在可见光波段使用的光谱仪外,还有红外光谱仪和紫外光谱仪。按色散元件的不同可分为棱镜光谱仪、光栅光谱仪和干涉光谱仪...
光谱仪有很多种的 ,比如高利通的便携式拉曼光谱仪,可见光谱仪,紫外光谱仪,微型光谱仪等等`
问题太笼统。你要XRF还是OES还是ICP。希望达到哪种检测效果。从20W左右到上百万都有。
基于光栅光谱仪的玻璃透射系数测量
介绍了光栅光谱仪的工作原理,并介绍了光栅的主要性能。通过光谱仪拍摄光谱,计算出玻璃的透射率,最终换算出其透射系数。
利用光栅光谱仪测量氘灯、溴钨灯的发射光谱
本文利用光栅光谱仪测量氘灯、溴钨灯的发射光谱,为将氘灯用于紫外检测器中理想的紫外光源、溴钨灯用于现代显微镜、投影仪以及医疗仪器等光学仪器及分析测试仪器上提供相应的实验依据.
分光计是精确测定光线偏转角的仪器, 也称测角仪。
它是光学实验中常用的的实验仪器。光学中的许多基本量如波长、折射率都可以直接或间接地用光线的偏转角来表示, 因而这些量都可以用分光计来测量。
分光计的基本光学结构又是许多光学仪器(如棱镜光谱仪、光栅光谱仪、分光光度计、单色仪等)的基础。它在物理实验中既能够培养学生的基本实验技能,又能培养学生应用理论知识解决实际问题的能力,因此它是大学物理实验的必作实验。
在观察有关现象和测量角度时,为获得正确的测量结果,必须保证让分光计的光学系统(准直管和望远镜)要适合平行光。
即要求望远镜光轴与分光计的主轴垂直, 以保证观察面是一个平面。这也是调节步骤中难度最大的。
中学里常用的分光计一般由装在三脚座上并在同一平面内的准直管、棱镜台和望远镜三个主要部件构成。棱镜台为一圆盘,可以绕中心轴转动,其底座上刻有游标。望远镜则和底座外围刻有角度读数的圆环相连,它们也可以绕中心轴旋转。但准直管的位置固定。从光源发出的光。经准直管变为平行光,再经棱镜色散,改变方向,用望远镜观察而在圆环上读出所偏转的角度。望远镜中还装有准丝以增加测量的精确度。
1814年,夫琅和费在研究太阳暗线时改进了当时的观察仪器,设计了由平行光管、三棱镜和望远镜组成的分光计。这是第一个分光计的出现,其设计思想、基本构造原理是现代光谱仪、摄谱仪设计制造的基本依据。分光计经常用来测量光的波长、棱镜角、棱镜材料的折射率和色散率等。
1、用汞灯谱线对光栅光谱仪进行校准:利用汞灯的五根谱线的波长值(标准值为404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.0nm、579.0nm)来进行校准仪器。根据能量信号大小手工调节入射狭缝和出射狭缝,扫描汞灯光谱。如果波长有偏差,用“波长线性校正”功能进行校正。
2、测量低压汞灯的相对辐射光电压分布
(1)打开汞灯电源,将仪器放置于适当位置。
(2)打开电控系统电源,进入操作界面。
(3)选定“参数设置”菜单,合理设置参数。
(4)选择“工作方式”菜单,单击“单程扫描”。
(5)扫描完成后读取数据,选定“检峰”选项,记录下各峰的波长和相应的相对光电压值。
(6)关掉汞灯电源并将其移开
3、测量白炽灯的相对辐射光电压分布
(1)打开白炽灯电源,将其灯丝对准光谱仪的入射狭缝S1处,旋转调光旋钮使灯至最亮。
(2)选定“参数设置”菜单,进行参数设置。
(3)按前述(4)~(5)步骤,在屏幕上获得白炽灯的辐射光电压分布曲线。
(4)移动游标“×”,读取数据并列表记录。
(5)改变灯丝温度,使灯光稍暗,观察不同灯丝温度时白炽灯的辐射光电压分布曲线。
1、开机之前,请认真检查光栅光谱仪的各个部分(单色仪主机、电控箱、接受单元、计算机、)连线是否正确,保证准确无误。为了保证仪器的性能指标和寿命,在每次使用完毕,将入射狭缝宽度、出射狭缝宽度分别调节到0.1mm左右。在仪器系统复位完毕后,根据测试和实验的要求分别调节入射狭缝宽度、出射狭缝宽度到合适的宽度。
2、接收单元:多功能光栅光谱仪配有光电倍增管、CCD接收单元。
注意,若采用光电倍增管作为接收单元,不一定要在光电倍增管加有负高压的情况下,使其暴露在强光下(包括自然光)。在使用结束后,一定要注意调节负高压旋钮使负高压归零,然后再关闭电控箱。
3、光谱仪的电压不能超过1000伏。
4、狭缝调节:
仪器的入射狭缝和出射狭缝均为直狭缝,宽度范围0~2mm连续可调,顺时针旋转为狭缝宽度加大,反之减小。每旋转一周狭缝宽度变化0.5mm,最大调节宽度为2mm。为延长使用寿命,狭缝宽度调节时应注意最大不要超过2mm。仪器测量完毕或平常不使用时,狭缝最好调节到0.1mm05mm左右。
多用途的太阳能电池测试系统,可测试太阳能电池的光谱响应,量子效率或IPCE,光谱反射率和电流密度。其配置如下:
250W卤钨灯光源,光谱范围300m-2500nm,辐照度强,稳定。
滤光片轮(包含滤光片)
三光栅光谱仪(扫描间隔5-50nm可调)
样品室(含标定过的标准探测器)
锁相放大器(美国斯坦福进口)
斩波器(美国斯坦福进口)(斩波频率20-1000HZ)
100mm积分球
标准白板和探测器
软件,计算机,准直系统,连接装置等。