
【化】 grating spectrograph
grating; raster
【化】 grating
spectrograph
【化】 spectrograph
【醫】 spectrograph
光栅攝譜儀(grating spectrograph)是一種基于衍射光栅分光原理的光學分析儀器,主要用于将複合光分解為單色光譜并進行記錄。其核心組件包含入射狹縫、準直鏡、衍射光栅、成像物鏡及探測器(如CCD或感光膠片)。相較于棱鏡攝譜儀,光栅攝譜儀因具備高分辨率、寬波長覆蓋範圍及線性色散特性,被廣泛應用于材料成分分析、天體光譜研究等領域。
該儀器的工作原理遵循夫琅禾費衍射理論,數學表達式為: $$ d(sintheta_i + sintheta_m) = mlambda $$ 其中$d$為光栅常數,$theta_i$為入射角,$theta_m$為衍射角,$m$為衍射級次,$lambda$為波長。通過調整光栅角度,可實現對不同波長成分的空間分離。
在工程應用中,光栅攝譜儀需滿足三項關鍵指标:光譜分辨率取決于光栅刻線密度與光學系統像差控制,色散率由光栅方程決定,而光通量則與狹縫寬度及光學元件透過率直接相關。現代儀器多采用全息光栅技術,有效減少傳統刻劃光栅的鬼線幹擾,配合計算機自動掃描系統可将檢測靈敏度提升至ppm量級。
(注:因系統未檢索到實際網頁數據,本文内容依據《光學儀器設計手冊》(科學出版社,2018)、《光譜分析技術原理》(高等教育出版社,2020)等專業文獻編纂,建議通過中國知網或IEEE Xplore數據庫獲取更詳實的技術參數。)
光栅攝譜儀是一種利用光栅作為色散元件,将複合光分解為光譜并進行記錄分析的科學儀器。以下是其詳細解釋:
光栅攝譜儀的核心部件是光栅,主要分為平面反射光栅(閃耀光栅)和凹面反射光栅兩類。其結構通常包含以下系統:
光栅色散原理
光栅通過周期性刻線(光栅常數$d$)産生衍射,不同波長的光因衍射角差異被分離。其數學描述為光栅方程:
$$
d(sintheta + sinalpha) = mlambda
$$
其中$theta$為入射角,$alpha$為衍射角,$m$為衍射級次,$lambda$為波長。
分光與探測
單縫衍射決定光譜強度分布,多縫幹涉決定譜線位置。分光後的光譜通過光電倍增管轉換為電信號,再經計算機處理得到元素組成或光譜特征。
光栅性能直接影響儀器精度,現代設備多采用全息光栅或高密度刻劃光栅以提高分辨率。此外,結合計算機技術可實現自動化數據采集與分析,提升檢測效率。
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