光谱仪 - 衍射光栅介绍

光谱仪的衍射光栅部分地确定可以通过光谱仪实现的光学分辨率，并且还确定波长范围。选择正确的光栅是优化光谱仪以获得应用的最佳光谱结果的重要因素。

光栅将对光学分辨率和特定波长范围的最大效率产生影响。光栅中有两部分，即闪耀角和沟槽频率，这两部分将在下面详细说明。

有两种类型衍射光栅- 全息光栅和裁定光栅。通过将几个平行的凹槽蚀刻到基板的表面上，然后用高反射材料涂覆尺寸的光栅。

通过干扰两个UV光束来开发全息光栅，以在一块光学玻璃中产生折射变化的正弦指标。该技术提供更均匀的光谱响应，但总体效率显着降低。

虽然直纹光栅是制造最简单、最便宜的光栅，但它们表现出更多的杂散光，这是由表面缺陷和沟槽周期的其他误差造成的。因此，在探测器响应较差、光学损失严重的光谱应用(如紫外光谱)中，通常选择全息光栅来改善杂散光性能。

全息光栅的另一个好处是，它们很容易在凹面上形成，使它们可以同时作为聚焦光学元件和色散元件。

沟槽频率

每个mm竖立到光栅中的凹槽的量决定了分散量。这通常称为凹槽频率或凹槽密度。光谱仪的波长覆盖由光栅的凹槽频率决定，这也是光谱分辨率的关键因素。

由于光栅的几何形状是固定的，光谱仪的波长覆盖与光栅的色散成反比。然而，色散越高，光谱仪的分辨率就越高。另一方面，降低沟槽频率降低色散和增加波长覆盖以降低光谱分辨率。

例如，如果选择900 g/mm的Exemplar™光谱仪，它将提供370 nm的波长范围，光学分辨率低至0.5 nm。类似地，如果选择带有600 g/mm光栅的Exemplar™，它将提供高达700 nm的波长覆盖，光学分辨率低至1.0 nm。

从这个例子可以看出，在牺牲光学分辨率的情况下，可以增加波长覆盖。

当所需的波长覆盖范围宽，即λ_马克斯>2λ_闵．这一点在观察光栅方程时就会变得很明显。在这种情况下，需要一个线性变量过滤器(LVF)来执行“排序”或消除任何不必要的高阶贡献。

对于固定光栅光谱仪，可以看出，来自光栅的角色散用

等式（1）

其中d为凹槽周期(等于凹槽密度的倒数)，Beta为衍射角，m为衍射阶，λ为光的波长如图1所示。

考虑焦距(F）聚焦镜和通过假设小角度近似，可以将等式1重写为

等式（2）

它以nm/mm为单位提供线性色散。从线性色散来看，最大光谱范围λ_马克斯- λ._闵）可以基于检测器长度来计算（L._D.)．检测器的长度可以通过乘检测器上的总像素数(N.）和像素宽度（W._P.)导致该表达式

等式（3）

由式3可知，光谱仪的最大光谱范围由沟槽密度(1/)决定D.)，焦距(F）和探测器长度（L._D.)．通过以下等式提供可以通过衍射光栅解析的最小波长差：

等式（4）

式中，N为衍射光栅上沟槽的总数。这与变换极限理论相一致，该理论认为任何变换的最小可分解单位与样本的数量成反比。通常，光栅的分辨率要比光谱仪的整体分辨率高得多，说明色散只是决定整体光谱分辨率的几个因素之一。

必须注意的是，光栅衍射最长波长是2D，放置在光栅的光谱范围内的上限。这种长波长限制可以限制光谱仪中允许的最大槽密度，用于近红外（NIR）应用。

闪耀角

当光栅衍射入射的多色光时，它的衍射效率并不均匀。凹槽的面角，也称为火焰角，决定了衍射曲线的整体形状。有了这个性质，就可以计算出哪个闪耀角对应哪个峰值效率;这被称为闪耀波长。图2说明了这个概念，并比较了三种不同的150克/毫米光栅在500纳米、1250纳米和2000纳米发光。

在特定的波长，即闪耀波长(λ_B.)．一般来说，光栅效率在0.6 xλ时将降低50%_B.和1.8 xλ_B.．这就对光谱仪的光谱覆盖范围作出了限制。通常，为了提高光谱仪的整体信噪比，衍射光栅的闪耀波长偏向光谱范围的弱侧。

此信息已被源，从B＆W TEK提供的材料进行审核和调整。欧洲杯足球竞彩

有关此来源的更多信息，请访问黑与白Tek。