光栅的相关基础介绍

　　光谱分析方法作为一种重要的分析手段，在科研、生产、质控等方面都发挥着极大的作用。

　　无论是穿透吸收光谱，还是荧光光谱，拉曼光谱，获得单波长辐射是不可缺少的手段。

　　由于现代单色仪可具有很宽的光谱范围（UV-IR），高光谱分辨率（0.001nm），自动波长扫描，完整电脑控制功能；

　　极易和其它周边设备配合为高性能自动测试系统，使用电脑自动扫描多光栅光谱仪已成为光谱研究的优选。

　　在光谱学应用中，获得单波长辐射是不可缺少的手段。

　　除了用单色光源（如光谱灯、激光器、发光二极管）、颜色玻璃和干涉滤光片外，大都使用扫描选择波长的单色仪。

　　尤其是当前更多地应用扫描光栅单色仪，在连续的宽波长范围（白光）选出窄光谱（单色或单波长）辐射。

　　当一束复合光线进入光谱仪的入射狭缝，首先由光学准直镜准直成平行光，再通过衍射光栅色散为分开的波长（颜色）。

　　利用不同波长离开光栅的角度不同，由聚焦反射镜再成像于出射狭缝。通过电脑控制可**地改变出射波长。

　　光栅基础

　　光栅作为重要的分光器件，他的选择与性能直接影响整个系统性能。为更好协助用户选择，在此做一简要介绍。

　　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有金属的表面上机械刻划而成；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。全息光栅是由激光干涉条纹光刻而成。

　　全息通常包括正弦刻槽。刻划光栅具有衍射效率高的特点，全息光栅光谱范围广，杂散光低，且可作到高光谱分辨率。

　　光栅方程

　　反射式衍射光栅是在衬底上周期地刻划很多微细的刻槽，一系列平行刻槽的间隔与波长相当，光栅表面涂上一层高反射率金属膜。

　　光栅沟槽表面反射的辐射相互作用产生衍射和干涉。对某波长，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。

　　光栅刻槽垂直辐射入射平面，辐射与光栅法线入射角为α，衍射角为β，衍射级次为m，d为刻槽间距，在下述条件下得到干涉的极大值：

　　mλ=d（sinα+sinβ）

　　定义φ为入射光线与衍射光线夹角的一半，即φ=（α-β）/2；θ为相对与零级光谱位置的光栅角，即θ=（α+β）/2，得到更方便的光栅方程：

　　mλ=2dcosφsinθ

　　从该光栅方程可看出：

　　对一给定方向β，可以有几个波长与级次m相对应λ满足光栅方程。

　　比如600nm的上等辐射和300nm的二级辐射、200nm的三级辐射有相同的衍射角。

　　衍射级次m可正可负。

　　对相同级次的多波长在不同的β分布开。

　　含多波长的辐射方向固定，旋转光栅，改变α，则在α+β不变的方向得到不同的波长。