基本介紹
簡介,全息凹面光柵光譜儀成像理論,凹面衍射光柵,影響凹面光柵解析度檢測的因素,
簡介
很銳的細光譜線，該圓稱為羅蘭圓。常見的凹面光柵光譜儀有三種裝置，即羅蘭裝置，帕邢裝置和依格爾裝置。
羅蘭裝置，光柵中心和感光板中心固定在可動的連桿兩端，連桿的長度為光柵的曲率半徑，其兩端可沿互相垂直的導軌自由滑動，狹縫裝有導軌的交點上。在連桿移動過程中，狹縫、光柵和感光板始終在一羅蘭圓上。這種裝置的缺點為：只能用移動連桿來讀取不同波段的光譜。
帕邢裝置的羅蘭圓為一圓形鋼軌，狹縫和光柵都固定在鋼軌上，感光板環繞鋼軌安裝有一排底板架因而可同時拍攝幾組光譜，其優點是穩定性高。
依格爾裝置，其入射角等於衍射角，其中縫光源安裝在底板架的正上方，要改變波段可將光柵和底板沿相反的方向轉動同一角度，改變二者間的距離，使之始終位於羅蘭圓上。該裝置優點為體積緊湊，通常用於真空紫外光譜儀。
圖1 凹面光柵全息凹面光柵光譜儀成像理論
全息凹面光柵是由兩相干點源干涉形成的變密度彎曲槽分布，因此槽線走向及疏密變化與兩記錄光源位置有關，兩記錄光源位置為結構設計參量。又根據全息圖再現原理，再現像的質量與再現點源的位置和波長密切相關，即全息凹面光柵光譜儀的安裝參量也要嚴格選取。凹球面基底的半徑為R，當記錄點源位於XOY平面時，記錄點源的位置參量確定；狹縫一般垂直XOY平面放置，那么狹縫中點和探測器的位置安裝參量確定，這樣在給定光柵基底曲率半徑、光柵孔徑、記錄波長的條件下，整個全息凹面光柵光譜儀的結構和使用參量就確定了。
凹面衍射光柵
衍射光柵做為光譜儀器的核心分光器件在光譜分析、前沿交叉學科、社會民生等領域均具有廣泛套用。凹面衍射光柵兼具色散分光與光束聚焦功能，可以達到簡化光路的作用，極大地推動了光譜儀器的小型化和輕型化。隨著凹面光柵製作工藝的發展，具有像差校正、低雜散光、無鬼線和高信噪比等優良性能的凹面光柵在光譜儀器套用領域重要性日益突出，因此高質量凹面光柵的製造及測量技術顯得尤為關鍵。衍射效率作為凹面光柵最重要的技術指標之一，直接反映了光柵的能量傳輸特性，其測量技術水平逐漸成為光譜儀器行業最為關注的課題之一。凹面光柵的衍射效率可分為絕對衍射效率和相對衍射效率，絕對衍射效率是指在給定波長和衍射級次情況下，衍射光通量與入射光通量之比；相對衍射效率則指在給定波長和衍射級次下，探測器接收到的光柵衍射光通量與一塊同尺寸相同膜層特性的標準凹面反射鏡反射光通量之比。凹面光柵的絕對衍射效率多套用於光柵的設計領域，相對衍射效率則多用於光柵實際測量領域。
光柵絕對衍射效率的理論計算發展的較為完善，至今已提出了許多新的概念與方法，然而測量凹面光柵的相對衍射效率的通用設備卻較少提及。目前，凹面光柵的衍射效率測試設備一般採用雙單色儀結構，前置單色儀提供單色光，後置測量單色儀對光柵衍射效率進行測量。美國田納西州光柵實驗室研製了工作在紫外波段的凹面光柵衍射效率測試裝置，通過來回移動探測器達到測量不同波長、不同聚焦位置、不同級次的衍射效率目的，然而該裝置對待測凹面光柵的衍射效率進行測量時僅能給出分立波長的結果。曲藝利用光柵二級光譜影響反射樣品光譜反射率的原理來獲得真空紫外波段光柵二級光譜衍射效率，該方法存在測量波長範圍較小且需要已知參數較多的問題。中紅外光譜波段凹面光柵衍射效率測試裝置，該裝置可測量待測凹面光柵的絕對衍射效率，但是該儀器僅能對單一類型的凹面光柵衍射效率進行測量。此外，傳統雙單色儀結構的凹面光柵衍射效率測量方法中，待測光柵和標準反射鏡出射光譜頻寬不一致、光柵疊級、測量過程中光源不穩定性等問題影響光柵衍射效率的測量精度；前置單色儀需要定期進行定標、一次測量只能實現單一波長衍射效率的測量等因素又降低了其測量效率。針對以上問題，本文提出了一種基於傅立葉光學原理測量凹面光柵衍射效率的新方法，建立了該方法測量凹面光柵衍射效率的數學模型，並對測量中各影響因素進行了仿真分析。對比傳統雙單色儀結構，本文方法能夠有效避免光源不穩定性、出射光譜頻寬不一致、光柵疊級等問題對測量結果的影響，同時具有多波長同時測量、高光通量、高光譜解析度、高波數精度、抗雜散光強的優勢。
影響凹面光柵解析度檢測的因素
影響凹面光柵解析度檢測的因素要檢測一塊凹面光柵的解析度，必須構建符合此光柵使用條件的檢測系統，而檢測系統的光源、狹縫和探測器以及其放置位置的精度不可避免地影響光柵檢測結果。因此為了得到真正的凹面光柵分辯率必須對這些影響因素加以科學的分析，並在檢測數據里，合理地加以去除。凹面光柵的解析度是指以點或線單色光源入射時，在像面上按照瑞利準則可分辨的最小光譜範圍。在實際檢測中沒有這種光源，總是帶有一定的尺寸大小和光譜頻寬，因此應考慮它們對解析度的影響。檢測系統的光源採用標準汞燈，檢測波段為200~1000nm。汞燈出光用光纖耦合，用聚光透鏡將光斑聚焦在狹縫中心上，以近似點光源發散球面波入射到凹面光柵表面。必須注意的是入射光經光柵衍射的特徵譜線事實上有一定的頻寬；狹縫上的聚焦光點也有一定的尺寸大小；經過狹縫的入射球面波必須充滿整個光柵表面，才能正確檢測出光柵的光譜分辨本領。
1、光源頻寬對解析度檢測的影響
2、狹縫寬度對光柵解析度檢測的影響
3、CCD探測器對光柵解析度檢測的影響
