光栅光谱仪的选择方法介绍
时间：2022-08-31 阅读：3104
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。
光栅光谱仪的工作原理先是衍射光栅，它是在一块平整的玻璃或金属材料表面（可以是平面或凹面）刻画出一系列平行、等距的刻线，然后在整个表面镀上高反射的金属膜或介质膜，就构成一块反射试验射光栅。相邻刻线的间距d称为光栅常数，通常刻线密度为每毫米数百至数十万条，刻线方向与光谱仪狭缝平行。入射光经光栅衍射后，相邻刻线产生的光程差。光栅方程将某波长的衍射角和入射角通过光栅常数d起来，为入射光波长，m为衍射级次，取等整数。式中的“”号选取规则为：入射角和衍射角在光栅法线的同侧时取正号，在法线两侧时取负号。
光栅作为重要的分光器件，它的选择与性能影响整个系统性能。
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。
在曲率半径为R的凹面反射光栅的主截面上(即通过光栅中心而垂直于光栅刻线的平面)，存在一个直径为R的圆。当狭缝和光栅都在这个圆上时，则这个圆就是狭缝衍象焦点的轨迹。这个圆称为罗兰(Rowland)圆，这时凹面光栅同时起到准直与聚焦的作用。
光栅方程同样也适用于凹面光栅：d(sinα+sinβ)=ml (m=0，±1，±2……)
但式中光栅常数d并不是光栅刻线间的距离d’，而是d’在弦上的投影，即d=d’cosα。在凹面光栅表面上，刻线是不等距离的，而光栅圆弧所对应的弦上是等距离的。由于凹面光栅曲率半径比罗兰圆大一倍，所以必须保证凹面光栅的中点与罗兰圆相切，其他各点对称地偏离罗兰圆。
选择光栅主要考虑如下因素：
1、闪耀波长，闪耀波长为光栅*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。