光栅光谱仪基本知识

光谱仪按照其基本原理可以分为两大类：第一类是经典型；第二类是建立在调制原理上的新型光谱仪。
我们这里主要研究经典型光谱仪。

经典光谱仪又可以根据它色散的原理分为：

一、棱镜光谱仪，最早用来分光的，大家初中物理都学过，牛顿通过三棱镜第一次实现了光的分解，这就是最早的光谱仪。
二、衍射光栅光谱仪
三、干涉光谱仪
这里主要讲一下最常用的衍射光栅光谱仪，按照光栅的种类又可以分为很多种类，包括全息光栅、中阶梯光栅、曲面光栅和透射射式光栅

1、全息光栅

全息光栅是可以变为闪耀光栅的，闪耀以后可以在需要的光谱方向达到85%的色散利用率。光栅中其微反射作用的结构（即每道刻线凸起部分）的高度与它们的相邻距离的比值越大，色散的波长就越长。所以，用于深紫外的全息光栅和标准光栅刻线部分都不是很深。
全息光栅的特点是：（1）无鬼线，杂散光非常小。（2）衍射效率低，其槽型通常类似正弦波，没有闪耀特性，可以通过“离子蚀刻”技术使其具备闪耀特性提高衍射效率。（3）分辨率高。

2、中阶梯光栅

中阶梯光栅也叫反射式阶梯光栅，其明显特点就是其直角型凹槽截面，光线照射在短边或斜度更大的那个面上，如上图所示。用中阶梯光栅制作的光谱仪器具有体积小、高色散、高分辨率等特点。并且在以上列出的光栅中，中阶梯光栅的光谱工作范围更广。一般中阶梯光栅刻线密度在30~600 mm-1，工作角度在45到80度。

3、凹面光栅

这类光栅结合了普通光栅和曲面镜的功能。它们的优点是效率高:可以节省一个甚至两个反射镜，也可以降低总成本且光谱仪光迹更小。凹面光栅用于紧凑型单色仪，由于反射镜的效率降低，深紫外（VUV）光谱仪也使用凹面光栅。凹面光栅与平面场探测器(如CCD或线阵探测器)不兼容。色散光的焦点只为于一个非常小的区域。对于摄谱仪装置，使用了特殊的弯曲光栅，使分散的光在一个足够宽的场上重新聚焦，以适用于多通道探测器。这些光栅只在一个角度上工作，这意味着摄谱仪是固定的。

4、透射式光栅

透射式光栅需要考虑材料折射率，其优点是光线将近似直线穿过光栅，适用于准直聚焦镜为透镜的共轴光学系统，因此这种光栅一般为固定装置，多用于红外和可见光范围。

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