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光柵色散原理科普

jf_64961214 ? 來源:jf_64961214 ? 作者:jf_64961214 ? 2023-04-27 07:14 ? 次閱讀

Q:光譜儀器主要元件大家還記得嗎?光柵是光譜分析儀器中哪個部分的主要元件?

A:單色器

單色器的作用就是將連續(xù)光源色散為按波長排列的單色光,使我們可以從中隨意選取所需要的單色光。

(有點像在醫(yī)院掛號看病,如果不掛號,可能會造成秩序紊亂,但是掛完號以后大家都按照自己手中的號去排隊看醫(yī)生,很有秩序,效率也高)

單色器的組成元件及其作用

話題扯遠(yuǎn)了,接著回來講光柵。剛才提到光柵是單色器的主要元件。

單色器的組成:入口狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件和出口狹縫。

wKgaomRJsEWAfZi4AABTE9UZGnE50.jpeg

說到這里給大家分別講一講每個部件的

(1)入口狹縫:限制雜散光進(jìn)入單色器;

(2)準(zhǔn)直鏡:將入射光束變?yōu)槠叫泄馐筮M(jìn)入色散元件;

(3)色散元件:把混合光分散為單色光;是單色器的關(guān)鍵部分。

常用的色散元件有:棱鏡、光柵、濾光片。

(4)出口狹縫:限制通帶寬度。

光柵色散原理

在這里呢,我們主要講解色散元件中光柵的原理。

光柵表面往往具有周期性的空間結(jié)構(gòu)或光學(xué)性能的衍射屏,利用光的衍射和干涉作用使不同λ的光有不同的方向,起到色散作用。

(說到這里大家可能會覺得,雖然表述語言是中文,但是怎么感覺看起來和英文一樣難懂!)

接下來給大家用通俗的語言解釋一下:

大家應(yīng)該見過之前放映電影用的碟片,我們在拿的時候,不同角度可以觀察到碟片表面有不同的顏色。

這是因為碟片表面刻有間隔的規(guī)律的刻痕,產(chǎn)生了光的色散現(xiàn)象。

反射光柵的表面也是如此。

wKgaomRJsEaAVLQJAAA-APGvF8M96.jpeg

觀察上圖可以知道光柵表面是規(guī)律的間隔的階梯狀結(jié)構(gòu)。

當(dāng)一束平行光照射到光柵上會發(fā)生衍射。衍射角可以是任意角度。

這也正是衍射和反射的區(qū)別:

衍射可以是四面八方任意方向;反射只發(fā)生在對稱角度。

光照射在光柵上發(fā)生的是衍射。

(下圖左側(cè)是透射光柵,右側(cè)是我們光譜分析中常用的反射光柵)

wKgZomRJsEaADp82AAFmVwTLQVI251.png

平行光照射在階梯狀的光柵上發(fā)生衍射,不同階梯的衍射光互相重疊后會發(fā)生干涉。

而干涉的結(jié)果則是某一波長光的增強或削弱。

是增強還是削弱呢?這與什么有關(guān)?

與光程差有關(guān)。

當(dāng)光程差是波長的整數(shù)倍的時候,互相增強,反之,互相減弱。

wKgaomRJsEaAXtbYAACycO0_Lqc155.png

α:入射角 θ:衍射角

d:光柵常數(shù)

觀察上圖:

入射光:藍(lán)色光比紅色光的光程長dsinα衍射光:藍(lán)色光比紅色光的光程長dsinθ

則:

總體的光程差為:d(sinα+sinθ)若α與θ在垂直線兩側(cè),則光程差為:d(sinα-sinθ)

設(shè)入射光波長為λ,在某個入射角度處:

當(dāng)d(sinα-sinθ)=nλ(n為正整數(shù))時,

光程差為波長的整數(shù)倍,二者會相干增強。

比如若d(sinα-sinθ)=385nm,這個時候λ=385nm波長的光照射光柵之后,這個波長的光會相干增強。

其他的光因為不是整數(shù)倍,會被削弱,一個增強一個削弱,這樣作用的結(jié)果使得這個方向會得到385nm的光。

結(jié)論

由于光程差=d(sinα+sinθ)

可知光程差與角度有關(guān),不同角度有不同的光程差,這樣就使得我們在不同方向的衍射角獲得不同波長的光,從而實現(xiàn)對復(fù)合光的分解,使之分解為單色光。

wKgZomRJsEeAWvHNAADh3OmrpIY790.png

審核編輯:湯梓紅
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