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1、光栅的色散作用光栅分为透射光栅和反射光栅，用得较多的是反射光栅.反射光栅又可分为平面反射光栅(或称闪耀光栅)及凹面反射光栅。光栅是一种多狭缝元件，光栅光谱的产生是单狭缝衍射和多狭缝干涉两者联合作用的结果。单狭缝衍射决定谱线的强度分布，多狭缝干涉决定谱线出现的位置。(Iv一u 图10. 14 平面光栅色散原理光栅法线图 10 14 是平面反射光栅的一段垂直于刻线截面的示意图. 其色散作用可用光栅公式表示：d(sin a + sin Q)= nX式中a、Q分别为入射角和衍射角，d为光栅常数，n为光谱级次，n=0,l,2,。a角 规定为正值，如果Q角与a角在光栅法线同侧，a角取正值，异侧取负值。当n
2、=0时，即零级 光谱，衍射角与波长无关，即无分光作用。在n0的相邻光谱级次之间，会产生不同级次光谱 的重叠，可采用滤光片或低色散的棱镜分级器等方法消除。 光栅的光学特性光栅的光学特性有色散率、分辨率及闪耀三个方面表示。色散率fQ当入射角a不变时，光栅的角色散率心 可用光栅公式微分求得:dQ ndcos QdQ = n当Q很小且变化不大时，可以认为cosQ=l。则，即光栅的角色散率只决定于光栅常数d及光谱级数n可以认为是常数，不随波长而变，这样的光谱在长波及短波的各波段时波长间隔是一样的，称为“均排光谱”。这是光栅优于棱镜的一个方面。在实际工作中常用线色散率d入表示，对于平面光栅来说，线色散率为
3、：dl _ dQ _ nf畝畝 dcosQdl _ nr（凹面光栅的线色散率为，r为曲率半径）里=竺式中f为会聚透镜的焦距。由于则cosQ=1 （Q6o）则弘 * 分辨率光栅的分辨率R为光谱级次与光栅刻痕总数N（光栅的宽度与单位长度的刻痕的乘积），例如，对于一块宽度为50mm，单位长度刻痕数为1200条/mm的光栅，在第一级光谱中（n=1），它的分辨率为：R = nN=lX5QX1200 = 6XlQ4图10. 15 平面闪耀光栅光栅法线、”入射光入射角垂直于槽面、闪耀角严 街射光谢角彩I光栅常数b(1-可见光栅的分辨率比棱镜高得多，这是光栅优于棱镜的又一方面。光栅的宽度越 大，单位长度的刻痕
4、数越多，分辨率就越 大。闪耀特性 在平面光栅中，不同级次光 谱的能量分布是不均匀的。未经色 散的零级(n = 0)光谱的能量最大， 按正负一级、二级光谱等逐级减 弱。若将光栅的刻痕刻成具有三角形的槽线，使每一刻痕的小反射面与光栅平面保持一定的夹角，以控制每一个小反射面对光的反射方向，使光能集中在所需要的一级光谱上，获得特别明亮的光谱，这个现象称为闪耀，这种光栅称为闪耀光栅，刻痕小反射面与光栅平面夹角称为闪耀角。如图 1015所示。当入射角a、衍射角Q和闪耀角P相等时，即a =Q=P。，在衍射角Q的方向上可得到最大的相对强度。光栅方程式也适用于闪耀光栅，即:d (sina +sinQ)=nA当a
5、 =Q = P时，2dsinR =nA 入 称为闪耀波长Q。p p 由闪耀光栅的制作看，闪耀角一定，闪耀波长也一定，即每块光栅都具有自己的闪耀特性-闪耀角，闪耀波长。在闪耀波长处，光的强度最大，而在闪耀波长附近其他波长的谱线强度仍然是比较高的。可由下式估计强度约为极大值的40%时的波长范围入(n级光n谱，入也称闪耀范围)n心宀%n0.5式中入p是光栅的一级闪耀波长。例如，入p为3000皿,其一级闪耀波长范围为200 600nm，质量优良的闪耀光栅可以将约80%的光能集中到所需的波长范围内。目前中阶梯光栅（Echelle光栅）已相当多地用于商品仪器，这是一种具有精密刻度的宽平刻痕的特殊衍射光栅。
6、如图 1016 所示。它与普通的闪耀光栅相似，区别在于光栅的每一阶 梯的宽度是其高度的几倍，阶梯之间的距离是欲色 散波长的10200倍，闪耀角大。由于中阶梯光栅 具有很高的色散率、分辨率和集光本领，使用光谱 区广，它在降低发射光谱检测限，改善谱线轮廓， 多元素同时测定等方面都是很有用的。图10. 16 中阶梯光栅光栅摄谱仪的工作流程图 1017 是常用的国 产 WSP1 型平面光栅摄谱 仪的光路示意图，由光源 B 发射的光经三透镜L及狭缝 S 后投射到反射镜 P1 上，经 反应后投射至凹面反射镜 M 下方的准光镜 O 上，经 O 反射以平行光束照射到平面 光栅 G 上，复合光经光栅色 散后，按波长顺序分开，不 同波长的各平行光束又投射 到凹面反射镜上方的物镜 o2,平行光被聚焦到感光板 的乳剂面上，得到按波长顺 序展开的光谱。转动光栅台 D,可同时改变光栅的入射角 和衍射角，便可获得所需光 谱的波长范围和改变光谱的 级次。是二级衍射反射镜， 图中虚线表示二次衍射光 路。为了避免一次和二次衍 射光谱的相互干涉，在暗箱图10. 17 肝1型平面光栅摄谱前设一光，将一次衍射光谱挡掉。不用二次衍射时，转动挡光板将二次衍射反射镜P2挡住。
