《光譜儀器》PPT課件

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1、第四章光譜儀器自由討論：1，光的哪些物理量需要測量，分別是什么單位？2，你知道有哪些光的探測工具，簡單工作原理是什么？3，有哪些種類干涉儀，簡單工作原理是什么？4，你的實驗室分別有哪些光探測儀器，分別探測什么物理量？5，簡單談?wù)務(wù)`差的分析？攝譜儀與單色儀干涉儀波長計光的靈敏探測講課內(nèi)容波長強度（功率）線型光譜儀測量的物理量：靈敏度分辨率（時間，空間）信噪比光譜儀主要指標(biāo)：光譜儀（Spectrometer）將入射狹縫S1成像為S2(?)的光學(xué)儀器1，攝譜儀(spectrograph):(CCD)?成像一次拍攝譜面上的分布S2(?)?x2，單色儀(Monochromato

2、r):(PhD)?光電信號譜面上安裝出射狹縫S2，獲得單色輸出第4.1節(jié)攝譜儀與單色儀譜色散dn/d?：棱鏡、光柵線性色散dx/d?:取決于dn/d?和f2。色散越大、焦距越長、狹縫越小，則分辨率越高CCD:頻率分辨，空間辨：(將物上不同部分成像于像平面)，1pixel=1~10um曝光時間：1us?瞬時物理過程1h?提高信噪比響應(yīng)波長：200-1000nmCCD:高空間和頻率分辨，時間響應(yīng)慢Photodiode:時間分辨率高，空間和頻率分辨率小**CCD對冷原子成像，原子的空間密度分別，分析原子的統(tǒng)計特性（經(jīng)典?量子）Gaussian分別：熱原子Thomas-Fer

3、mi分布：量子凝聚體**Photodiode探測光強，原子頻率的吸收，研究原子的能級結(jié)構(gòu)87Rb85RbP3/2S1/21216329303626715772683580160D2780nmF’F’FF42012321132311飽和吸收譜實驗裝置Rb原子結(jié)構(gòu)吸收譜最大立體角匹配（最優(yōu)化收集光）一，光譜儀的一些注意事項激光束直接照射在狹縫上時，1、光柵/棱鏡不能被均勻照射，從而減小分辨率；2、光路對稱性不保證，帶來波長測量系統(tǒng)誤差；3、激光的良好相干性導(dǎo)致附加的衍射峰光源測量波長?利用毛玻璃，產(chǎn)生非相關(guān)光，再測量直接探測利用毛玻璃光譜透過率棱鏡攝譜儀可用范圍取決于材料

4、的光譜透過特性（減少吸收）<180nm（棱鏡攝譜儀）：真空，LiF/CaF鏡面和光柵可以渡高反射模?光柵優(yōu)于棱鏡全息生產(chǎn)光柵?光柵光譜儀應(yīng)用于真空紫外到遠紅外不同材料光譜范圍不同材料投射率任何一個色散儀器的光譜分辨本領(lǐng)定義為：其中??=?1-?2是可分辨的最小譜線波長間隔Rayleigh光譜分辨判據(jù)：當(dāng)一個波長的衍射極大與另一波長的衍射極小重合時，剛好分辨；更近則不可分辨光譜分辨率(0.81)譜儀的自由光譜區(qū)??（FSR）：譜儀的像面上強度分布I(?)與波長?之間存在單值關(guān)系的波長間隔。自由光譜區(qū)（范圍）棱鏡譜儀：??覆蓋棱鏡材料正常色散的整個波長范圍光柵譜儀：??依

5、賴于衍射級m,且隨m增大而減小干涉儀：m很大(104?108),因而??很小二，棱鏡攝譜儀分辨率Cauchy’sFormula螢石冕玻璃重火石玻璃介質(zhì)折射率與色散優(yōu)點：自由光譜程大缺點：分辨率小超重火石玻璃石英玻璃幾種材料的光譜性質(zhì)光柵譜儀：自由光譜程為?的（m+1）極大和?+??的m極大重合光柵譜儀：??依賴于衍射級m,且隨m增大而減小干涉儀：自由光譜程為相鄰干涉極大自由光譜程（波長/頻率表示）精細度（自由光譜程中能測量的譜線數(shù)量）精細度系數(shù)線寬/分辨率三，光柵攝譜儀入射角折射率腔長光柵方程閃耀角?：光柵法線與刻槽法線的夾角。閃耀角：Littrow結(jié)構(gòu)：?=?=

6、-?（光線原路反射）光柵攝譜儀光程差狹縫間距半導(dǎo)體激光器Littrow光路圖調(diào)節(jié)入射角?調(diào)節(jié)波長http://www.toptica.com/products/diode_lasers/Voltage/currentcontrol1,Current/temperaturecontrol2,SmallsizeDiodelaserinTopticaTemperaturefastlinearresponsevsfeasytocontrolInternalmodes:diode+diodefacetExternalmodes:diode+gratingOverallmodes

7、election:tuningrangefordiodelaser(~20GHz)Littrow與Littman結(jié)構(gòu)Sacher-laserLittrow結(jié)構(gòu)示意圖光譜分辨率：R(?,?)反射率干涉極大：?=2m?光柵狹縫數(shù)基本原理:多光束干涉（相干長度內(nèi)）第4.2節(jié)干涉儀自由光譜程一、Michelson干涉儀（2束）SM2SBSM2SBInterference平行光1，不同角度光程差不同?點光源經(jīng)過Michelson干涉儀形成環(huán)形干涉條紋2，移動M1或者M1，干涉條紋直徑變化點光源M3和M4形成的腔體經(jīng)過多次反射增加光程差，提高衍射量級從而提高譜分