物理光學(xué)國防科技大學(xué)光電學(xué)院物理光學(xué)國防科技大學(xué)光電學(xué)院一、光柵衍射的顏色分辨§3.6光柵衍射－光柵光譜儀閃耀光柵光柵衍射峰值與波長相關(guān)一、光柵衍射的顏色分辨§3.6光柵衍射－光柵光譜儀光柵光譜儀—光柵分光原理

樣品光電

反射光柵光譜儀示意圖§3.6光柵衍射－光柵光譜儀閃耀光柵光柵光譜儀—光柵分光原理樣品光電反射光柵光譜儀示意圖§3光譜儀的構(gòu)成1.光源2.照明準(zhǔn)直3.分光4.成像5.接收原子發(fā)光和吸收分子吸收喇曼散射熒光激光氙燈鎢燈物質(zhì)（棱鏡）衍射（光柵）干涉（F－P）付氏直讀照相光電CCDCMOS主流讀出系統(tǒng)的演變：

直讀（單通道，強度分辯低，無時間）攝譜（多通道，強度分辯低，無時間）CCD（多通道，強度分辯本領(lǐng)高，時間分辨，高效）光譜儀的構(gòu)成1.光源2.照明準(zhǔn)直3.分光4.成像5.接收原子一個世紀(jì)以前光譜技術(shù)已有了它的雛形，并作出了至今仍光輝閃耀的成就。一個世紀(jì)以來，光譜技術(shù)有了長足的發(fā)展。量子力學(xué)的建立為光譜學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)。研究對象擴(kuò)展到各種物質(zhì)層次和物態(tài)：從離子、原子、分子到凝聚態(tài)，從氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)到等離子體，從遙遠(yuǎn)的天體到顯微鏡下的DNA。

在光譜分析方法上也已多樣化，除了發(fā)射、吸收、反射、熒光、散射光譜方法外，還有偏振、旋光、光聲、光熱、光導(dǎo)等光譜方法，以及微分光譜、調(diào)制光譜、付利葉變換、哈特瑪變換光譜、干涉分光計、相關(guān)光譜儀方法等。在光譜儀器方面（即硬件），擴(kuò)展了波段，長波方面與毫米波相連；而短波與軟射線（100埃）相連。提高了光譜分辨率、靈敏度（ppm,ppb）、高精確度、高重復(fù)性、穩(wěn)定性。光譜的應(yīng)用§3.6光柵衍射－光柵光譜儀閃耀光柵一個世紀(jì)以前光譜技術(shù)已有了它的雛形，并作出了一臺多功能光柵光譜儀§3.6光柵衍射－光柵光譜儀閃耀光柵分開不同波長的光：波長分辨本領(lǐng)記錄不同波長的光的強度：強度分辨本領(lǐng)時間分辨本領(lǐng)效率一臺多功能光柵光譜儀§3.6光柵衍射－光柵光譜儀閃光柵光譜儀性能指標(biāo)

(1)色分辨本領(lǐng)每一波長的主衍射峰都有一定的角寬度，因此只有當(dāng)兩個相鄰波長的光通過光柵后衍射角間隔達(dá)到一定值時，才可能被分辨，這即為光柵光譜儀的色分辨本領(lǐng)。主衍射峰角寬度相鄰波長光光柵衍射角間隔上式表示在波長λ光譜附近，第m級衍射能分辨的最小波長差§3.6光柵衍射－光柵光譜儀閃耀光柵色分辨本領(lǐng)光柵光譜儀性能指標(biāo)(1)色分辨本領(lǐng)每一波長

(2)角色散本領(lǐng)角色散本領(lǐng)：§3.6光柵衍射－光柵光譜儀閃耀光柵單位：rad/nm(2)角色散本領(lǐng)§3.6光柵衍射－光柵光譜儀閃

(3)線色散本領(lǐng)在光譜測量中，用焦距為f透鏡進(jìn)行觀測光譜，不同波長的光譜在觀測面上分開的線度為§3.6光柵衍射－光柵光譜儀閃耀光柵單位：rad/nm角色散本領(lǐng)：單位：mm/nm光譜學(xué)中，習(xí)慣上將上式倒過來表達(dá)：nm/mm或A°/mm(3)線色散本領(lǐng)在光譜測量中，用焦距為f(4)光柵的色散范圍

從某一衍射級以后，可能出現(xiàn)較大波長的第m＋1衍射級與較小波長的第m衍射級的譜線發(fā)生交疊。

上式表示在波長λ光譜附近，第m級衍射能分辨的最小波長差光柵色散范圍:

§3.6光柵衍射－光柵光譜儀閃耀光柵(4)光柵的色散范圍從某一衍射級以后，可能出現(xiàn)較大波長的第例題：光柵刻槽密度1/d~800線/mm，有效寬度D~10cm,求1序光譜的色分辨本領(lǐng)，并估算波長~550nm附近可分辨的最小波長間隔。光柵光譜儀的色分辨本領(lǐng)遠(yuǎn)不及FP腔，但是其量程大，適宜于測定寬波段的光譜曲線，例如，待測譜最小波長500nm,可測范圍為500nm~1000nm,不致造成I序光譜與II序光譜的重疊?！?.6光柵衍射－光柵光譜儀閃耀光柵例題：光柵刻槽密度1/d~800線/mm，有效寬度D~10c大光柵，配長焦距提供足夠大的線色散以充分利用高色分辨本領(lǐng)光柵常數(shù)d的選用：真空紫外區(qū)：1200~1300/mm可見光區(qū)：600~1200近紅外：200~300中紅外：50~100遠(yuǎn)紅外：1~50光柵光譜儀的選擇：角色散、線色散、角分辨本領(lǐng)要考慮三者的協(xié)調(diào)一致?！?.6光柵衍射－光柵光譜儀閃耀光柵光柵光譜儀的能量利用效率！大光柵，配長焦距提供足夠大的線色散§3.6光柵光譜儀閃耀光柵二、閃耀光柵(blazingangle)如何使得大部分能量(衍射零級)集中到所需的(縫間干涉)光譜級次上？§3.6光柵光譜儀閃耀光柵二、閃耀光柵(blazin§3.6光柵光譜儀閃耀光柵二、閃耀光柵(blazingangle)閃耀光柵由平行且等距的槽條組成。將大部分能量(衍射零級)集中到所需的(縫間干涉)光譜級次上。宏觀平面法線方向N單元槽面法線方向n閃耀角θb§3.6光柵光譜儀閃耀光柵二、閃耀光柵(blazin§3.6光柵光譜儀閃耀光柵1、兩種照明方式和閃耀波長（1）入射光垂直于光柵宏觀平面分析單槽衍射：等效平行光以斜入射單縫衍射情形。相對相位差：單縫零級衍射方向入射的反射方向。§3.6光柵光譜儀閃耀光柵1、兩種照明方式和閃耀波長（狹縫單元衍射因子狹縫的夫瑯禾費衍射一維狹縫的夫瑯禾費衍射場斜入射狹縫夫瑯禾費衍射場狹縫單元衍射因子狹縫的夫瑯禾費衍射一維狹縫的夫瑯禾費衍射§3.6光柵光譜儀閃耀光柵1、兩種照明方式和閃耀波長（1）入射光垂直于光柵宏觀平面§3.6光柵光譜儀閃耀光柵1、兩種照明方式和閃耀波長（§3.6光柵光譜儀閃耀光柵1、兩種照明方式和閃耀波長（2）入射光垂直于單元槽面使單槽衍射的零級方向成為槽間干涉的非零級方向，從而提高了能量利用效率。§3.6光柵光譜儀閃耀光柵1、兩種照明方式和閃耀波長（§3.6光柵光譜儀閃耀光柵2、衍射場特點（1）僅有一序光譜（2）衍射場分布§3.6光柵光譜儀閃耀光柵2、衍射場特點（2）衍射場分光柵衍射應(yīng)用3、閃耀光柵的應(yīng)用光柵衍射應(yīng)用3、閃耀光柵的應(yīng)用超短脈沖和鎖模1、多光束干涉與空間尖脈沖

反射、透射、F-P腔，以及光柵的多光束干涉，當(dāng)衍射角滿足下式時，衍射極大。形成空間尖脈沖。光柵衍射應(yīng)用超短脈沖和鎖模1、多光束干涉與空間尖脈沖反射、透射、1、多光束干涉與空間尖脈沖

衍射極大的半角寬度為。超短脈沖和鎖模光柵衍射應(yīng)用1、多光束干涉與空間尖脈沖衍射極大的半角寬度為。超短2、從空域尖脈沖到時域超短脈沖

多光束疊加合成振幅為超短脈沖和鎖模光柵衍射應(yīng)用2、從空域尖脈沖到時域超短脈沖多光束疊加合成振幅為超短2、從空域尖脈沖到時域超短脈沖

假設(shè)脈沖峰值時刻、脈沖寬度、脈沖間隔：超短脈沖和鎖模光柵衍射應(yīng)用2、從空域尖脈沖到時域超短脈沖假設(shè)脈沖峰值時刻、脈沖2、從空域尖脈沖到時域超短脈沖

N個光振動為：合振幅：超短脈沖和鎖模光柵衍射應(yīng)用2、從空域尖脈沖到時域超短脈沖N個光振動為：合振幅：3、激光鎖模技術(shù)

F－P腔產(chǎn)生了一系列縱模：即：鎖模方法：超短脈沖和鎖模光柵衍射應(yīng)用3、激光鎖模技術(shù)F－P腔產(chǎn)生了一系列縱模：即：鎖模方3、激光鎖模技術(shù)

鎖模方法：形成逐級鎖模：被調(diào)制超短脈沖和鎖模光柵衍射應(yīng)用3、激光鎖模技術(shù)鎖模方法：形成逐級鎖模：被調(diào)制超短脈3、激光鎖模技術(shù)

鎖模方法：超短脈沖和鎖模光柵衍射應(yīng)用3、激光鎖模技術(shù)鎖模方法：超短脈沖和鎖模光柵衍射應(yīng)用作業(yè)3.17,3.18§3.6光柵衍射－光柵光譜儀閃耀光柵作業(yè)3.17,3.18§3.6光柵衍射－光柵光譜儀§3.6光柵光譜儀閃耀光柵3、一維光柵推導(dǎo)閃耀光柵衍射場

考慮入射光垂直宏觀法向N的情況，單槽衍射因子等效于斜入射的單縫衍射，根據(jù)入射光與θ方向的出射光之間光程差分析，得到單槽衍射因子宗量：強度結(jié)構(gòu)因子:§3.6光柵光譜儀閃耀光柵3、一維光柵推導(dǎo)閃耀光柵衍射§3.6光柵光譜儀閃耀光柵3、一維光柵推導(dǎo)閃耀光柵衍射場§3.6光柵光譜儀閃耀光柵3、一維光柵推導(dǎo)閃耀光柵衍射§3.6光柵光譜儀閃耀光