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雾度仪仪器上使用的凹面光栅是什么,有什么作用

发布时间:2021-06-03  阅读量:101 次

目前光学仪器应用较为广泛的分光方式为凹面光栅分光,更详细一点的名称就是凹面反射光栅分光。即大多数高档仪器采用的都是凹面光栅分光,因为这种分光方式的特点就是具有非常高的分辨率,这对于仪器的测量精准度来说是一个非常大的提升。那么什么是凹面光栅?雾度仪仪器上凹面光栅的作用是什么呢?
 
 
凹面光栅工作方式

凹面光栅工作方式
 
什么是凹面光栅?凹面光栅又被称为罗兰光栅,是一种在高反射率凹面金属上刻划一系列的平行线条构成反射等距光栅,它同时具有分光和聚光能力,且可以减少对光的吸收现象,只存在光栅面一次反射的光损失,且无色差。若将狭缝光源和凹面光栅放置在同一圆周上,且该圆的直径等于凹面光栅的曲率半径,可得到很锐的细光谱线,该圆称为罗兰圆。常见的凹面光栅光谱仪有三种装置,即罗兰装置,帕邢装置和依格尔装置。
 
那么什么是分光呢?分光是一种从复合光中分离出各种不同波长的光的行为。因为光的本质是一种波,分光的作用是把光源发出来的复合光中不同波长的光分离,展开形成为光谱。以光栅为色散元件的分光方式通常有两种,分为面衍射光栅和凹面衍射光栅。光栅分光不受材料透过率限制,可以在全光谱中应用,光栅的分辨率比棱镜好。材料透过率目前在精密光学原件上最多只能做到98%-99%,常用的透过率材料未92%的超白玻璃。
 
光栅分光方式可分为反射分光和透射分光,反射光栅应用于光学仪器,其应用范围较为广泛,又可以分为平面光栅(我们上一篇文章有介绍过)和凹面光栅(也被称为阶梯光栅)。我们主要讲的凹面光栅分光其实就是一种凹面反射光栅分光。凹面光栅分光是一种先进的分光方式,不像棱镜分光那样受制于材料的透过率,可以得到有效的复合光全光谱,从而获得更大的产品应用检测范围。
 
凹面光栅的分辨率是指以点光源或线单色光源入射时,在像面上按照瑞利准则可分辨的最小光谱范围。不过在实际检测中没有这种光源,总是带有一定的尺寸大小和光谱带宽,因此需要考虑它们对分辨率的影响。检测系统的光源采用标准汞灯,检测波段为200~1000nm。汞灯出光用光纤耦合,用聚光透镜将光斑聚焦在狭缝中心上,以近似点光源发散球面波入射到凹面光栅表面。必须注意的是入射光经光栅衍射的特征谱线事实上有一定的带宽;狭缝上的聚焦光点也有一定的尺寸大小;经过狭缝的入射球面波必须充满整个光栅表面。
 
仪器的分辨率是指仪器两条波长相差极小的谱线,按Rayleigh原则可分开的能力。Rayleigh原则是指一条谱线的强度极大值恰好落在另一条强度相近的谱线的强度极小值处,若此时这两条谱线刚能被分开,则这两条谱线的平均波长λ与波长差Δλ之比值,称为仪器的理论分辨率R,即R=λ/Δλ。
 
实际分辨率由于受许多客观误差因素的影响,总是比理论分辨率差,一台单色仪的分辨率是它能分辨的最小波长间距,这个波长间距不但有赖于仪器的分辨本领,而且也与狭缝的宽度、狭缝的高度及光学系统的完善性有关。在扫描式单色仪中,分辨率通常用半强度带宽值报出。目前常用的分辨率为10nm,极少有光学仪器使用分辨率更高的5nm。
 
雾度仪上的凹面光栅分光作用是利用光的衍射和干涉现象制作而成的色散元件,当光反射到该色散元件时,将复合光的光谱能够完整、精确的分光。通过凹面光栅分光的作用是得到最终的复合光光谱,从而可以利用这个光谱进行一些仪器方面的应用和研究。
 
三恩时雾度仪YS6002按照CIE 规定透射几何光学结构D/0°(漫反射照明/0度接收)设计,采用凹面光栅分光形式,用256象元CMOS进行信号采集,精确得到透射样品的透过率。仪器配备360~780nm全光谱高寿命光源,光学系统光学分辨率为10nm,仪器内置多种颜色空间和色差公式,可对样品进行多个维度的色度表达。按照ASTM D1003/D1044雾度仪标准精确实现透射样品的雾度测量。





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