光譜分析方法作為一種重要的分析手段，在科研、生��(chǎn)、質(zhì)控等方面都發(fā)揮著極大的作��。無論是穿透吸收光��，還是熒光光��，拉曼光譜，獲得單波長輻射是不可缺少的手��。由于現(xiàn)代單色儀可具有很寬的光譜范圍(UV-IR)，高光譜分辨��(0.001nm)，自動波長掃��，完整電腦控制功��，極易和其它周邊設備配合為高性能自動測試系統(tǒng)，使用電腦自動掃描多光柵光譜儀已成為光譜研究的首選��

　　在光譜學應用��，獲得單波長輻射是不可缺少的手段。除了用單色光源(如光譜燈、激光器、發(fā)光二極管)、顏色玻璃和干涉濾光片外，大都使用掃描選擇波長的單色儀。尤其是當前更多地應用掃描光柵單色儀，在連續(xù)的寬波長范圍(白光)選出窄光��(單色或單波長)輻射��

　　當一束復合光線進入光譜儀的入射狹��，首先由光學準直鏡準直成平行��，再通過衍射光柵色散為分開的波長(顏色)。利用不同波長離開光柵的角度不同，由聚焦反射鏡再成像于出射狹��。通過電腦控制可精確地改變出射波長��

　　光柵基礎

　　光柵作為重要的分光器��，他的選擇與性能直接影響整個系��(tǒng)性能。為更好��(xié)助用戶選��，在此做一簡要介紹��

　　光柵分為刻劃光柵、復制光��、全息光柵等?？虅澒鈻攀怯勉@石刻刀在涂有金屬的表面上機械刻劃而成;復制光柵是用母光柵復制而成。典型刻劃光柵和復制光柵的刻槽是三角��。全息光柵是由激光干涉條紋光刻而成。全息通常包括正弦刻槽?？虅澒鈻啪哂醒苌湫矢叩奶攸c，全息光柵光譜范圍廣，雜散光低，且可作到高光譜分辨率��

　　光柵方程

　　反射式衍射光柵是在襯底上周期地刻劃很多微細的刻槽，一系列平行刻槽的間隔與波長相當，光柵表面涂上一層高反射率金屬膜。光柵溝槽表面反射的輻射相互作用��(chǎn)生衍射和干涉。對某波長，在大多數(shù)方向消失，只在一定的有限方向出現(xiàn)，這些方向確定了衍射級次。如��1所��，光柵刻槽垂直輻射入射平��，輻射與光柵法線入射角為α，衍射角為β，衍射級次為m，d為刻槽間距，在下述條件下得到干涉的極大值：

　　mλ=d(sinα+sinβ)

　　定義φ為入射光線與衍射光線夾角的一半，即��=(α-β)/2;θ為相對與零級光譜位置的光柵角，即θ=(α+β)/2,得到更方便的光柵方程��

　　mλ=2dcosφsinθ

　　從該光柵方程可看出：

　　對一給定方向β，可以有幾個波長與級次m相對應λ滿足光柵方��。比��600nm的一級輻射和300nm的二級輻射��200nm的三 級輻射有相同的衍射角��

　　衍射級次m可正可負��

　　對相同級次的多波長在不同的β分布開��

　　含多波長的輻射方向固��，旋��(zhuǎn)光柵，改變α，則在α+β不變的方向得到不同的波長��

　　如何選擇光柵

　　選擇光柵主要考慮如下因素��

　　刻槽密度G=1/d，d是刻槽間��，單位為mm��

　　閃耀波長

　　閃耀波長為光柵最大衍射效率點，因此選擇光柵時應盡量選擇閃耀波長在實際需要波長附��。如實際應用在可見光范圍，可選擇閃耀波長��500nm��

　　光柵刻線

　　光柵刻線多少直接��(guān)系到光譜分辨��，刻線多光譜分辨率高，刻線少光譜覆蓋范圍��，兩者要根據(jù)實驗靈活選擇��

　　光柵效率

　　光柵效率是衍射到給定級次的單色光與入射單色光的比��。光柵效率愈��，信號損失愈小。為提高此效��，除提高光柵制作工藝外，還采用特殊鍍��，提高反射效率��

　　光柵光譜儀重要參數(shù)

　　分辨��(resolution)

　　光柵光譜儀的分辨率R是分開兩條臨近譜線能力的度量，根��(jù)瑞利判據(jù)為：

　　R==λ/Δλ

　　光柵光譜儀有實際意義的定義是測量單個譜線的半高��(FWHM)。實際上，分辨率依賴于光柵的分辨本領(lǐng)、系��(tǒng)的有效焦��、設定的狹縫寬度、系��(tǒng)的光學像差以及其它參��(shù)����

　　R∝M.F/W

　　M--光柵線數(shù)　　F--譜儀焦距　　W--狹縫寬度

　　色散

　　光柵光譜儀的色散決定其分開波長的能��。光譜儀的倒線色散可計算得到：沿單色儀的焦平面改變距離χ引起波長λ的變��，即��

　　Δλ/Δχ=dcosβ/nF

　　這里d、��、F分別是光柵刻槽的間距、衍射角和系��(tǒng)的有效焦��，n為衍射級��。由方程可見，倒線色散不是常數(shù)，它隨波長變��。在所用波長范圍內(nèi)，改變化可能超過2��。根��(jù)國家標準，在本樣本中，用1200 l/mm光柵色散的中間��(典型的為435.8nm)時的倒線色散��

　　帶寬

　　帶寬是忽略光學像��、衍射、掃描方��、探測器像素寬度、狹縫高度和照明均勻性等，在給定波長，從光譜儀輸出的波長寬��。它是倒線色散和狹縫寬度的乘積。例如，單色儀狹縫��0.2mm，光柵倒線色散��2.7nm/mm，則帶寬��2.7*0.2=0.54nm��

　　波長精度、重復性和準確��

　　波長精度是光譜儀確定波長的刻度等��，單位為nm。通常，波長精度隨波長變化，本樣本中為最壞的情況��

　　波長重復性是光譜儀設定一個波長后，改變設��，再返回原波長的能力。這體��(xiàn)了波長驅(qū)動機械和整個儀器的��(wěn)定��。卓立漢光的光譜儀的波長驅(qū)動和機械��(wěn)定性極��，其重復性超過了波長精度��

　　波長準確度是光譜儀設定波長與實際波長的差別。每臺單色儀都要在很多波長檢查波長準確度��

　　F/#

　　F/#定義為光譜儀的直徑與焦距的比��。這是對光譜儀接收角的度量，這是��(diào)整單色儀與光源及探測器耦合的重要參��(shù)。當F/#匹配時，可用上光譜儀的全部孔��。但是大多數(shù)單色儀應用長方形光學部件。這里F/#定義為光譜儀的等效直徑與焦距的比��，長方形光學件的等效直徑是具有相同面積的園的直徑��