双十科技单色仪反射式单色仪
    反射式单色仪用棱镜的分光原理做色散系统制作光谱仪，通常由三部分组
成，如图4.29所示。
    1)准光镜系统
    由准直光物镜(第一物镜)L1和放在L1焦平而上的限制入射光束的入射狄缝S
组成，使入射的发散光束变成平行光束。这个系统将来自光源S的复色光变成平行
光。
    2)色散系统
    由色散棱镜P担当，水晶棱镜用于紫外区和可见区，玻璃棱镜用于可见区，
NaCI, KC1等晶体棱镜用于红外区。将来自于准光镜系统的平行光镜均匀而)’‘泛
地照射在棱镜P的折射面A上，再由此棱镜A, B两个折射面的折射，分解成沿不同
方向传播的单色光。常用棱镜材料的性能如表4.1所示。
                                  表4.1常用棱镜材料的性能
    3)成谱系统
    由出射狄缝、使平行的单色光会聚成像于出射狄缝处So的第二物镜L0和在其
焦平面上的像屏(或谱面)组成。物镜L0将沿不同方向的平行光会聚于焦平面
上，从而获得波长按长短次序排列的狄缝S2的彩色像列，每一根狄缝像就是一根
谱线。注意:凸透镜的焦距与入射光的波长有关，所以光谱像并不是呈现在垂直
于透镜主光轴的焦平面上，而是略有倾斜的平面上。
    成像系统采用的形式不同，光谱仪的名称一也各不相同。成谱系统用的是望远
镜(观察光谱用)，叫做“棱镜分光计”。若用照相物镜和感光板进行摄谱，则al
做“棱镜摄谱仪”。若在成谱物镜L2的焦平面上放置一条狄缝(用以分离各条谱
线)，则叫做“单色仪”，因为从该狄缝中出射的是单色光。
    为了使单色仪使用起来方便，分离出来的谱线像差小，成像清晰，集光木领
强(照度大)，体积小等技术指标更趋完善，人们在实际制造“单色仪”时，对某
些具体结构做了重要改进。将准光镜系统中的凸透镜L1和成谱物镜L2，改用两块
凹柱而反射镜M1, M2来代替，如图4.30所示。两面曲率半径都为7.的薄凸透镜的
焦距为
式中，n为透镜材料的折射率，它随着光波的波长不同而不同。波长A长的，
折射率n小，焦Pkfr`，反之亦然。
    由三棱镜分解出来各种不同波长的光波通过凸透镜折射后所成的像不是在此
透镜的单一的焦平面上，而是与主光轴有倾斜的准焦平面上。凹面镜的焦距(r为
凹面镜的曲率半径)与入射的波长A无关。可以看出，用反射镜0代替凸透镜使狄
缝S射进来的复色光变成平行光的平行性最好，而凹面镜对各种不同波长的平行光
聚于焦平面上的像，不会有前后之分。复色光中以“最小偏向角”经过棱镜色散的
单色光才能通过夹缝S2。所谓“偏向角”是指某一单色光入射棱镜的方向与射出棱
镜方向之间的夹角，如图4.31所示。当入射方向为某一特定方向时，则“偏向角”有
一最小值smin，称为“最小偏向角”。最小偏向角与波长有关，从数学上可以证
明，实现“最小偏向角”的充要条件是角i2=i3,或角it=i4 0可以看出，单色光线在
棱镜内的传播是平行于棱镜主截面的底边BC的。在大学物理中己证明，棱镜介质
对某一波长单色光的折射率为
    式中，a为三棱镜顶角。棱镜P可以绕转动轴转动，平面反射镜M,,与棱镜联
动，转动轴装在棱镜底边的中心点上。单色仪的棱镜位置永远处在相对于出射单
色光谱线的所谓最小偏向角位置上。棱镜的相对位置可以在仪器外部的转动轴杆
上读出，它的刻度是用转动轴的转动角来表示的。因此，使用前必须用已知波长
的光源(一般用汞灯谱线)来核对单色仪出射各不同波长时所对应的不同转鼓刻
度的螺旋测微计，作出转鼓刻度一波长的校正曲线，即所谓单色仪定标。
    单色仪的基木特征是单色度(从出射狄缝出射的单色光束具有一定的光谱区
间宽度)和出射单色光束的强度大小。单色仪这两个特性是相互联系的。出射的
光谱区间越窄，则出射的光强度越弱。因此，在选择单色仪结构时，必须根据需
要正确选择。在实际使用中由于各种条件的限制，单色仪出射的光束总有一定的
光谱宽度，这一光谱区间宽度的窄或宽(亦即单色度的好或坏)主要受狄缝宽
度、衍射及像差等因素的影响。其中像差等在设计、调整时已注意尽量减小，但
缝宽则应在工作中注意正确使用，以减小误差。
    单色仪使用时应注意:光源位置应该放在入射准直系统的轴线上，有时在光
源与入射狄缝之间放置一聚光透镜，使光源成像在狄缝上，并使透镜与光缝之间
的距离使其相对孔径与仪器的相对孔径相等，这样才可获得最佳照明。
    图4.32所示是一种反射式单色仪的实物和结构图。
    一般单色入射准直系统与出射准直系统的相对孔径是一样的(所谓相对孔径
就是物镜的直径D与基焦YEj之比D/f)，即在出射狄缝平面上所成的像的大小等于
入射狄缝的大小，即放大率1:1。在此情况下，出射光缝宽度应与入射狄缝宽度
相等，才能使出射光束相对地有最大光强及最好单色性。
                            图4.32一种反射式单色仪实物和结构图
    单色仪的色散曲线应该准确地测定，方法是用一个一般的日镜在出射缝S.,处
观察入射缝。尽量缩小入射狄缝，这时，一方面左右转动单色仪的读数转鼓杆，
使某一光谱线进入出射狄缝的中央:另一方面逐渐减小出射狄缝宽度直到该光谱
线的边缘与出射缝的二边刀日切合为止，这时记录下该光谱的波长及转动杆上所
指的读数，重复测量儿次，取平均值，然后作出单色仪的校正曲线。
    制作色散曲线，常用的光源是汞灯，汞灯的主要谱线波长值如表4.2所示。
                                表4.2汞灯的主要谱线波长值