反射光栅简介
在高反射率的金属上镀上一层金属膜,并在镜面金属膜上刻划一系列平行等宽、等距的刻线,这种使白光反射,又能使光色散的光栅,称为反射光栅。
光栅是一种多狭缝部件。精准的槽密度槽密度(在光栅中心)的误差只有约为普通产品误差的20%。光栅光谱的产生是多狭缝干涉和单狭缝衍射两者联合作用的结果。多缝干涉决定光谱线出现的位置,单缝衍射决定谱线的强度分布。光栅分为透射光栅和反射光栅,用得较多的是反射光栅。反射光栅又可分为平面反射光栅(或称闪耀光栅)和凹面反射光栅(简称凹面光栅)。
凹面光栅
又称罗兰光栅(Rolland grating)。它的作用是使光既衍射又聚焦。因而凹面光栅摄谱仪只需光栅、狭缝及感光板三部分。它可减少吸收现象,只存在光栅面一次反射的光损失,且无色差。可用于远紫外光谱及远红外光谱区域。
在高反射金属凹面上刻划一系列的平行线条构成反射光栅,具有分光和聚光能力。因此,广泛应有于各种分析仪器、光通信、生物、医i疗器械等领域。若将狭缝光源和凹面光栅放置在同一圆周上,且该圆的直径等于凹面光栅的曲率半径,可得到很锐的细光谱线,该圆称为罗兰圆如图(a)。常见的凹面光栅光谱仪有三种装置,即罗兰装置,帕邢装置和依格尔装置。
罗兰装置如图(b)所示,光栅中心和感光板中心固定在可动的连杆两端,连杆的长度为光栅的曲率半径,其两端可沿互相垂直的导轨自由滑动,狭缝装有导轨的交点上。将已***的坯基浸入一种特殊的溶液中,涂层各部分由于所接受的***量不同而受到不同程度的溶蚀,从而在坯基上出现了与干涉条纹相当的槽线,***后在真空中镀上反射铝膜和保护膜就制成全息光栅。在连杆移动过程中,狭缝、光栅和感光板始终在一罗兰圆上。这种装置的缺点为:只能用移动连杆来读取不同波段的光谱。
帕邢装置的罗兰圆为一圆形钢轨如图(c),狭缝和光栅都固定在钢轨上,感光板环绕钢轨安装有一排底板架因而可同时拍摄几组光谱,其优点是稳定性高。
依格尔装置如图(d)所示,其入射角等于衍射角,其中缝光源安装在底板架的正上方,要改变波段可将光栅和底板沿相反的方向转动同一角度,改变二者间的距离,使之始终位于罗兰圆上。该装置优点为体积紧凑,通常用于真空紫外光谱仪。
全息光栅
随着全息激光技术的发展,出现了采用激光干涉照相法制作的衍射光栅,这种光栅称为全息光栅。
在磨制好的光栅毛坯上均匀涂布一层光敏物质,然后置于同一单色光源的两束激光干涉场中***。由于所有的衍射指令都集中在罗兰圆上,所以可以同时对不同的命令进行测量。把明暗相同的干涉条纹记录在光敏层上。将已***的坯基浸入一种特殊的溶液中,涂层各部分由于所接受的***量不同而受到不同程度的溶蚀,从而在坯基上出现了与干涉条纹相当的槽线,在真空中镀上反射铝膜和保护膜就制成全息光栅。
全息光栅的特点为:
(1)无鬼线,杂散光极i小。
(2)衍射效率较低,全息光栅的槽形通常为近似正弦波形,这种槽形不具备闪耀条件,没有明显的闪耀特性。
(3)分辨率高。由于全息技术使光栅刻线总数大幅度增加,因此色散率、分辨率也大幅度得到提高。
刻划光栅和全息光栅凹槽的对比,全息光栅的凹槽一般为正弦形,而刻划光栅一般为锯齿形。锯齿形具有更高的衍射效率。