光栅光谱仪PPT课件

.,1,复习,一、夫琅和费多缝衍射(平面光栅)：振幅分布：A=a0(sin/)(sinN/sin)强度分布：I=a02(sin/)2(sinN/sin)2其中：=asin/=dsin/(sin/)2:单缝衍射因子(sinN/sin)2:缝间干涉因子。,.,2,二、缝间干涉因子的特点：1、主极强的位置：sin=k/d或dsin=k2、主极强的强度：I=N2I10（I10：单缝零级强度）3、主极强的数目：kd/（sin1，若：d,k只能取零，除零级外，无其它主极强。）,.,3,4、暗线（点）的位置：=(k+m/N)，或sin=(k+m/N)/dk=0、1、2、3、m=1、2、3、N-1每两个主极强之间有N-1条暗线，有N-2次极强。5、主极强亮线的宽度：=/（Ndcosk）,.,4,三、单缝衍射因子作用：1、单缝衍射因子并不改变主级强的位置和半角宽度，但会改变各主级强的强度。即单缝衍射因子的作用仅在于影响强度在各主极强间的分配。2、缺级问题：条件：sinN/sin具有极大，sin/为零，即：sin=k/d，sin=k/ak=kd/ak=1、2、3、,.,5,新授：2、光栅光谱仪,一、光栅的分光原理1、光栅方程（公式）：sin=k/d或:dsin=k主极强位置不同波长的同级主极强位置出现在不同的方向，长波的衍射角大，短波的衍射角小，如果入射光里包含几种不同波长的光，则除0级外各主极强的位置都不同。（见图2-1）,.,6,.,7,2、用缝光源照明时，看到的衍射图样中，有几套不同颜色的亮线（谱线），它们各自对应一个波长。各种波长的同级谱线集合起来构成光源的一套光谱，光栅具有分光作用。3、光栅的光谱与棱镜的光谱有一个重要的区别：光栅的光谱一般有许多级，每一级是一套光谱，总的有几套光谱，而棱镜光谱只有一套。,.,8,二、光栅的色散本领和色分辨本领,1、光栅的性能标志主要有两个：色散本领和色分辨本领。2、色散本领：为了描述波长差的两条谱线其角间隔或在幕上的距离l有多大.角色散本领定义：D=/线色散本领定义：Dl=l/设光栅后面聚集物镜焦距为f:l=fDl=D,.,9,3、光栅的色散本领：sink=k/dcoskk=k/dD=/=k/dcoskDl=l/=k/dcoskD1/dDlf/d为了增大角色散本领d要小，每mm内数百条或上千条缝：d10-210-3mm。对于1级光谱（k=1）:D0.1/埃1/埃，为了增大线色散本领，常达数米,Dl0.11mm/埃.,.,10,.,11,4、光栅的色分辨本领色散本领只反映谱线（主极强）中心分离的程度，它不能说明两条谱线是否重迭，要分辨波长很接近的谱线需要每条谱线都很细。+角间隔：谱线半角宽度:无法分辨:刚好分辨:=较好分辨:（见图2-2）,.,12,瑞利判据：=两条谱线刚好分辨的极限谱线的半角宽度：=/(Ndcosk)=/D=/D=(/Ndcosk)/k/(dcosk)=/(Nk)越小，色分辨本领越大。分光仪器的色分辨本领定义为：R=/光栅的色分辨本领公式为：R=Nk只与k、N有关，与d无关。,.,13,.,14,（Note:Dl=l/=k/dcosk,d=1/200=0.005(mm),k=1）,.,15,三、量程与自由光谱范围,1、量程：光栅能够测定的波长的最大范围dsink=k,k900,sin1,所以：Md即：工作于不同波长段的光栅光谱仪，要选用光栅常数适当的光栅备件。,.,16,2、自由光谱范围考虑光栅光谱中可能发生邻级光谱线重迭的现象，m与M受到限制。例：1=800埃2=400埃则:1的一级谱线正好与2的二级谱线重迭。所以对于一级谱线来说：mM/2,.,17,四、闪耀光栅,1、透射光栅的缺点：对于零级无色散级：(sin/)2与(sinN/sin)2都最大：1和N2这意味着0级主极强占有了总光能的很大一部分，其余各级谱线的强度比较小，不便于观测。,.,18,2、闪耀光栅（平面反射光栅）目的：将单缝衍射0级与缝间干涉0级错开，从而把光能移到所需要的某一级谱线上（让零级成为缺级）。方法：选择两种照明方式：第一种：平行光束沿槽面法向方向n入射。第二种：平行光束沿光栅平面法线方向N入射（见图2-3）。,.,19,.,20,第一种照明方式：单槽衍射的0级是几何光学的反射方向，即沿原方向返回（b）。相邻槽面之间，在n方向上的光程差：L=2dsinb（为什么有系数2？）满足2dsinb=1b的1b称为一级闪耀波长（此时k=1）。可见：光栅单槽衍射0级主极强正好与的一级槽间的主极强重迭。,.,21,.,22,考虑到ad,1b的其它级（包括0级）都几乎落在单槽衍射击的暗线位置，形成缺级，这样80%90%的光能集中在光的一级谱线上，使其强度大大增加（见图2-4）。同理：若2b满足，2dsinb=22b（此时k=2），光强集中在于级闪耀波附近的二级光谱中。显然：可以通过设计不同的闪耀角b，使光栅适用于某一特定波长的某一级光谱上。,.,23,第二种照明方式：平行光束沿光栅平面法线N入射，经槽面反向的几何光线与入射方向有2b的夹角。这时相邻槽面间的光程差将为:L=dsin2b有关这种照明方式衍射图样的分析与第一种类似，只是需采用斜入射的公式进行处理（见1习题3）。作业：P303、4.,.,24,3三维光栅晶体对X射线的衍射,一、X射线,1895年德国的伦琴偶然发现。故也称伦琴射线。,高速电子束轰击固体靶时所产生的一种波长极短的电磁辐射。,#在电磁场中不发生偏转。,#穿透力强,#波长极短，范围在0.001nm10nm之间。当遇含杂质的溶液时能发生散射。,1、定义：,2、特点：,#能使许多固体发出可见荧光,#能使空气电离,#能使照像底片感光,.,25,二、晶体对X射线的衍射,天然晶体的点阵间距与X射线的波长同数量级（10-8cm），可以看作是光栅常数很小的空间三维衍射光栅。,劳厄于1912年利用右图所示的实验装置，进行了晶体对X射线的衍射实验，在乳胶板上观察到了对称分布的若干衍射斑点，称为劳厄斑。,1913年英国物理学家布喇格父子提出一种简化了的研究X射线衍射的方法，与劳厄理论结果一致。,验证了X射线的波动性，也因此获得了1914年的诺贝尔物理学奖。,.,26,三、布喇格方程,一束平行光与晶面成0角入射到晶面上，则：同一晶面上相邻粒子（如A、B）散射的光波的光程差零AD-BC=0，它们相干加强。若要在该方向上不同晶面上粒子散射光相干加强，则相邻层对应粒子必须满足：,即当满足上式时，各层面上的众多粒子的无穷次波（即反射光）相干加强，形成细锐的亮点，称为j级衍射主极大。,因为晶体中粒子排列的空间性，所以，劳厄斑是由空间分布的亮斑组成。,1、点阵平面簇,构成晶体的粒子（如原子）密集地排列成一系列平行于晶体天然晶面的平面簇（如右图示），平面簇间的间距均为d。,2、布喇格方程,.,27