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光譜儀器等光學(xué)儀器的組成
發(fā)布時(shí)間：2020-10-13 08:47:36 點(diǎn)擊：5580
進(jìn)行光譜研究和物質(zhì)的光譜分析的裝置叫做光譜儀器，不同的光譜儀器通過研究光譜原理誕生。它的基本作用是測(cè)定被研究的光(所研究的物質(zhì)發(fā)射的、吸收的、散射的或受激發(fā)射的熒光等)的光譜組成，包括它的波長、強(qiáng)度、與輪廓等。為此，光譜儀器應(yīng)具有的功能是：把被研究的光按波長或波數(shù)分解開來；測(cè)定各波長的光所具有的能量，得到能量按波長的分布;把分解開的光波及其強(qiáng)度按波長或波數(shù)的分布顯示、記錄下來，得到光譜圖。
要具備上述功能，一般光譜儀器的基本組成有:光源和照明系統(tǒng)、準(zhǔn)直系統(tǒng)、色散系統(tǒng)、成像系統(tǒng)以及接收、檢測(cè)顯示系統(tǒng)。
直讀光譜儀系統(tǒng)激發(fā)臺(tái)
一、光源和照明系統(tǒng)
光源可以是研究的對(duì)象，也可以作為研究的工具照射被研究的物質(zhì)。在研究物質(zhì)的發(fā)射光譜時(shí)，利用光源發(fā)生器如氣體火焰、交流或直流電弧以及電火花等激發(fā)試樣，被研究的物質(zhì)來獲得光譜，在這種情況下，光源是被研究的對(duì)象。在研究物質(zhì)的吸收光譜、喇曼光譜或熒光光譜時(shí)，光源則作為工具用來照射被研究的物質(zhì)。
照明系統(tǒng)是用來盡可能多地會(huì)聚光源射出的光能量，并傳遞給儀器的準(zhǔn)直系統(tǒng)。不同的光譜分析技術(shù)和不同的接收檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)照明系統(tǒng)的要求也不同。但是，聚光本領(lǐng)要大，并且和儀器主體的相對(duì)孔徑相匹配，保證能充滿色散系統(tǒng)的通光口徑，則是共同的要求。
二、準(zhǔn)直系統(tǒng)
光譜儀器的準(zhǔn)直系統(tǒng)一般由入射狹縫和準(zhǔn)直物鏡組成。入射狹縫位于準(zhǔn)直物鏡的焦平面上。對(duì)于儀器后面的系統(tǒng)而言，入射狹縫成為替代的、實(shí)際的光源，限制著進(jìn)入儀器的光束。由狹縫處發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直物鏡后變成平行光束投向色散系統(tǒng)。
三、色散系統(tǒng)
色散系統(tǒng)的作用是將入射的復(fù)合光分解為光譜。經(jīng)典光譜儀器采用的色散系統(tǒng)，按其作用原理可分為:
①物質(zhì)色散:不同波長的輻射在同一介質(zhì)中傳播的速度不同,因而折射率不同，例如光譜棱鏡。
②多縫衍射:不同波長的輻射在同一入射角條件下射到多縫上，經(jīng)術(shù)射后其衍射主極大的方向不同，如光柵。
③多光束干涉；一束包含各種波長的輻射在平板上被分割成多支相干光束，根據(jù)千涉光束互相加強(qiáng)的條件，各波長的千涉極大值位于空間上不同點(diǎn)，例如法布里一珀羅干涉儀。另外，光學(xué)光譜區(qū)的濾光片(吸收濾光片、干涉濾光片、反射濾光片等)在光譜儀器中，主要起著輔助色散的作用，如消除衍射光柵的光譜級(jí)的重疊等。當(dāng)要求較低時(shí)，可用成套的濾光片(如窄帶千涉濾光片)作為色散元件組成色散系統(tǒng)。
四、成像系統(tǒng)
成像系統(tǒng)的作用是將空間上色散開的各波長的光東會(huì)聚在成像物鏡的焦平面上,形成--系列的按波長排列的狹縫的單色像。由于被研究的物質(zhì)不同，這種像有三種情況：線光譜、帶光譜或連續(xù)光譜。
五、接收、檢測(cè)和顯示系統(tǒng)
這一部分的作用是將成像系統(tǒng)焦平面上的光譜能量接收，并檢測(cè)光譜的強(qiáng)度、波長位置，并且顯示成為光譜圖或其它形式的數(shù)據(jù)輸出。一般情況下，接收系統(tǒng)分為下列三類：目視接收系統(tǒng):接收元件是眼睛。采用目鏡把成像物鏡焦面上的譜線移到視網(wǎng)膜上，用眼睛進(jìn)行比較測(cè)量。這種方法雖然簡單，但無法將有關(guān)資料記錄下來，且精度較低。
感光攝影接收系統(tǒng)：接收元件是光譜感光板。將感光板放在成像物鏡的焦面上，直接攝取所需工作光譜范圍內(nèi)的譜線。例如攝譜儀的接收系統(tǒng)。
光電接收系統(tǒng)：接收元件為光電元件、熱電元件或氣體接收器、光聲池等。將一個(gè)或多個(gè)出射狹縫放在成像物鏡的焦平面上分離出所需要的譜線，將這些譜線(單色光束)的能量傳遞到光電轉(zhuǎn)換元件上，變成電訊號(hào)后又經(jīng)過放大、檢測(cè)、記錄得到光強(qiáng)隨波長變化的譜圖。目前，絕大多數(shù)的光譜儀器采用光電接收系統(tǒng)。應(yīng)用光電接收系統(tǒng)擴(kuò)大了能夠檢測(cè)的工作光譜范圍;提高了測(cè)量的精度、靈敏度和速度;實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化和自動(dòng)化。同時(shí)為多種光譜技術(shù)，如干涉調(diào)制、阿達(dá)瑪變換、相關(guān)光譜、光聲光譜等新技術(shù)的出現(xiàn)提供了可能性。
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