双十科技关于激光单色光栅单色仪
    现代单色仪可具有从紫外到红外很宽的光谱范围，高的光谱分辨率(到
o.ooinm )，自动波一长扫描，完整的计算机控制功能极易使其与其他周边设备融
合为高性能自动测试系统，使用计算机自动扫描多光栅单色仪已成为光谱研究的
首选仪器。
    使用平面光栅做色散元件有许多优点:它解决了棱镜材料的工作波长受到材
料透射系数限制的问题。光栅的色散率儿乎与波长无关，这对波长的测量是很方
便的。而棱镜的角色散率与波长是线性变化的，尤其在短波长更是如此。光栅的
分辨率比棱镜大，可以做得很大，刻划面积可达6oox4oomm'。而棱镜由于材料
的光学均匀性和透射系数高的材料很难获得，受到了限制。但光栅也有缺点，如
谱线的承叠，必须用投射和反射等辅助色散元件。同时光栅刻度的误差对测量影
响也较大。
    当一束复合光线进入单色仪的入射狄缝后，首先由光学准直镜汇聚成平行
光，再通过衍射光栅色散为分开的波长(颜色)。利用每个波长离开光栅的角度
不同，由聚焦反射镜再成像于出射狄缝。通过计算机控制可精确地改变出射波
长。
    使用光栅单色仪应考虑以下因素。
    1)光栅的选择
    作为重要的分光器件，光栅的选择与性能直接影响整个系统性能。日前，棱
镜的工作波长受到材料的限制，如表4.1所示，日前只能限制在0.12'-505m范围
内。应用光栅分为刻划光栅、复制光栅、全息光栅等。刻划光栅是用钻石刻刀在
涂薄金属表面机械刻划而成;复制光栅是用母光栅复制而成。典型刻划光栅和复
制光栅的刻槽是三角形。全息光栅由激光干涉条纹光刻而成。全息光栅通常包括
正弦刻槽。刻划光栅具有衍射效率高的特点，全息光栅光谱范围)’‘，杂散光低，
且可做到高光谱分辨率。
    选择光栅主要考虑如下因素。
      (1)闪耀波长。闪耀波长为光栅最大衍射效率点，因此选择光栅时应尽量使
闪耀波长在实验需要波长附近。如实验为可见光范围，可选择闪耀波长为
5oonmo
      (2)光栅刻线。光栅刻线的多少直接关系到光i分辨率，刻线多光谱分辨率
高，刻线少光谱覆盖范围宽，两者要根据实验灵活选择。
      (3)光栅效率。光栅效率是衍射到给定级次的单色光与入射单色光的比值。
光栅效率越高，信号损失越小。为提高此效率，除改善光栅制作工艺外，还可采
用特殊镀膜，提高反射效率。
    2)杂散光的消除
    杂散光是一种对测量有害的光，对测量精度影响很大，尤其短波段的杂散光
对长波段影响更人。一般对精度的影响，必须小于1%.  0.1%,甚至是0.01%.杂
散光的主要来源有:光学零件工作表面的余留反射光，非工作表面的多次反射和
光学零件内部的缺陷造成的杂散光;仪器内部金属零件和内壁的多次反射光;直
接到达仪器的旁射光。消除的办法是:采用挡光栏和挡光板;仪器内部、零件和
非工作元件涂黑:结构密封消除漏光:采用双单色仪技术消除杂散光。
    3)光栅方程
    反射式衍射光栅在衬底上周期地刻划很多微细的刻槽，一系列等距间隔的平
行刻槽与波长相当，光栅表面涂上一层高反射率金属膜。光栅常数为d，划痕密度
为i/d。当平行的复合光照射到光栅沟槽表而时，每条划痕所反射的光相互产生衍
射和干涉。对某一特定波长的光，在大多数方向消失，只在一定的有限方向出
现，这些方向确定了衍射级次m，如图4.33所示。
    光栅刻槽垂直辐射入射平而，辐射与光栅法线入射角为a，衍射角为13，衍射
级次为m，刻槽间距为d，在下述条件下得到干涉的极大值。
    k为衍射的光谱级。当入射角a和光谱级k一定时，波长A大，衍射角八也大，于
是复合光中不同波长的光按波长排列而形成光谱，实现分光的目的。
    当k=o时，所有波长的衍射角刀与入射角a相同，仍是白色的复合光。k>o,
为正级光谱:k<o，为负级光谱。衍射级次m可正可负。对相同级次的多波长在
不同的j3角处分布开。含多波长的辐射方向固定，旋转光栅，改变入射角a，则在
a+f3不变的方向得到不同的波一长。