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,OPTICSSpectrometer,|,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 winnin
2、g 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 for des
3、cribing 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，得到能量的波长分布显示，记录测量
4、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,|,Creative ways to constr
5、uct 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 角色散率，线色散率光度特性 被测光谱亮度与仪器
6、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：为何要用毛玻璃将激光变成非相干的二次光源？,|,Crea
7、tive 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凹坑，认为它们是可分辨的。 对于不同的谱线线
8、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，光阑衍射也会在像面产生一个有一定宽度的像：,|
9、,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 ways to construct winning
10、 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。 干涉仪：分辨率极高，但是自由光谱区极窄。,工作效率,光谱仪记录光谱的精度和速度的综合指标。 狭义上，工作效率系数=光谱仪器分辨率光谱仪器的光强度,|,Creative ways to construct winning e-mails,小结,光谱仪器的概念 光谱仪器的组成 光谱仪器的分类 光谱仪器的基本参数 分辨率 色散率,
