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关于光栅的工作原理详细介绍

发布时间:2019-05-10   点击次数:663次
  光栅原理
  光栅也称衍射光栅。是利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)的光学元件。它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。光栅的狭缝数量很大,一般每毫米几十至几千条。单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉,形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样,这些锐细而明亮的条纹称作谱线。谱线的位置随波长而异,当复色光通过光栅后,不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱。光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。
  衍射光栅在屏幕上产生的光谱线的位置,可用式  表示。式中a代表狭缝宽度,b代表狭缝间距,φ为衍射角,θ为光的入射方向与光栅平面法线之间的夹角,k为明条纹光谱级数(k=0,±1,±2……),λ为波长,a+b称作光栅常数。用此式可以计算光波波长。光栅产生的条纹的特点是:明条纹很亮很窄,相邻明纹间的暗区很宽,衍射图样十分清晰。因而利用光栅衍射可以地测定波长。衍射光栅的分辨本领R=l/Dl=kN。其中N为狭缝数,狭缝数越多明条纹越亮、越细,光栅分辨本领就越高。增大缝数N提高分辨本领是光栅技术中的重要课题。
  早的光栅是1821年由德国科学家J.夫琅和费用细金属丝密排地绕在两平行细螺丝上制成的。因形如栅栏,故名为“光栅”。现代光栅是用精密的刻划机在玻璃或金属片上刻划而成的。光栅是光栅摄谱仪的核心组成部分,其种类很多。按所用光是透射还是反射分为透射光栅、反射光栅。反射光栅使用较为广泛;按其形状又分为平面光栅和凹面光栅。此外还有全息光栅、正交光栅、相光栅、闪耀光栅、阶梯光栅等。
  分光原理
  由光栅方程可知,对于相同的光谱级数m,以同样的入射角α投射到光栅上的不同波长λ1、λ2、λ3.....组成的混合光,每种波长产生的干涉极大都位于不同的角度位置;即不同波长的衍射光以不同的衍射角β出射。这就说明,对于给定的光栅,不同波长的同一级主级大或次级大(构成同一级光栅光谱中的不同波长谱线)都不重合,而是按波长的次序顺序排列,形成一系列分立的谱线。这样,混合在一起入射的各种不同波长的复合光,经光栅衍射后彼此被分开。这就是衍射光栅的分光原理。
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