閃耀波長(zhǎng)(Blaze Wavelength)
當(dāng)單色光照射到光柵上,各衍射級(jí)次均會(huì)分得其部分能量,每個(gè)級(jí)次的衍射效率取決于分配到該級(jí)次的光強(qiáng)。由于各種因素的影響,光柵對(duì)不同波長(zhǎng)光的衍射“效率”并非平均分配。通過(guò)改變刻槽的角度、形狀和深度可以對(duì)衍射效率進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)改變刻槽形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)衍射效率的優(yōu)化稱為閃耀。“閃耀波長(zhǎng)”即是光柵衍射效率最高的對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)。
圖5展示的是典型的刻劃光柵和全息閃耀光柵的波長(zhǎng)—效率曲線。
圖5. 刻劃光柵(Ruled Grating)和全息閃耀光柵(Blazed Holographic Grating)的衍射效率,兩者均為1200 l/mm。
全息光柵(Holographic Gratings)
全息光柵通常由正弦狀的干涉條紋顯影制成,有時(shí)也會(huì)借助蝕刻工藝。正弦狀刻槽的光柵雜光較少,不過(guò)其效率也較低,曲線較平滑,盡管其可以覆蓋較寬的光譜范圍。全息閃耀光柵是在其干涉顯影過(guò)程中同時(shí)使用蝕刻工藝,或者使用離子束通過(guò)對(duì)刻槽的二次修整,形成閃耀角。兩種工藝中,前者不能產(chǎn)生較強(qiáng)的閃耀;而后者雖然可以得到較高的衍射效率,但其刻槽邊緣會(huì)形成較為粗糙的微結(jié)構(gòu),從而形成較強(qiáng)的雜光。Newport集團(tuán)的Richardson光柵工廠具有同時(shí)提供刻劃光柵和全息光柵的能力,從而可以為不同波段范圍的應(yīng)用提供閃耀、效率和低雜光的最佳組合產(chǎn)品。
色散(Dispersion)
如果固定光柵方程中的角I,以波長(zhǎng)作為變量,可得到:
a x cos D x δD = m x δλ
因此:
δD/δλ是角色散,其與刻線間距a(每毫米刻線數(shù))成反比,與級(jí)次m和衍射角D成正比。線色散δL/δλ在單色儀輸出狹縫處隨出射焦距f和角度D而改變,是焦距和角色散的乘積:
帶寬(Bandpass)和分辨率
帶寬指連續(xù)光源可通過(guò)單色儀或光譜儀的光譜寬度。帶寬大小主要受線色散和狹縫寬度影響。
單色儀的帶寬可通過(guò)減小狹縫寬度而達(dá)到極限,這一極限值即光譜儀的分辨率,在光譜分析中決定了儀器分辨相鄰譜線的能力。對(duì)于被恰當(dāng)光照的光柵,分辨率取決于該光學(xué)系統(tǒng)的像差。對(duì)于大部分的譜儀,一種有效的最小化像差的方法是只照明入射狹縫的中心區(qū)域。
光柵照明(Grating Illumination)和分辨能力
光柵分辨能力R通過(guò)波長(zhǎng)λ和λ + δλ定義,其中λ + δλ是最接近λ的可分辨的波長(zhǎng)。理論上:
其中:δλ = 分辨率,W =被照射的光柵刻線序列寬度
可達(dá)到的分辨率通常取決于最小可用狹縫和光學(xué)系統(tǒng)像差,而不是光柵自身。
附:
雜散光(Stray Light)
標(biāo)準(zhǔn)單色儀的輸出光理論上是單色的,但通常會(huì)含有其他無(wú)效波長(zhǎng)的光。使用濾光片可以去除高階衍射光,而其他來(lái)源的無(wú)效波長(zhǎng)光即雜散光也需要被消除。部分雜散光稱為“重入譜”,其來(lái)源在于部分衍射光在光學(xué)系統(tǒng)中照射到入射狹縫、準(zhǔn)直鏡或聚焦鏡并返回照射到光柵上。同樣,部分衍射光束可能會(huì)經(jīng)由焦平面探測(cè)器,如二極管陣列,反射回光譜儀,產(chǎn)生重入譜。
使用雙單色儀的方式可顯著提高信噪比。