大学物理论文 7页

运用大学物理光学浅谈光谱仪合肥学院电子信息与电气工程系15电子信息工程（1）班1505011012张欣雷摘要光谱仪又称分光仪，广泛力认知的为直读光谱仪。以光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长位置强度的装置。它由一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统和一个或多个出射狭缝纟11成。以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上（或扫描某一波段）进行强度测定。分为单色仪和多色仪两种。本文从光的衍射，光栅出发浅谈大学光学在光谱仪上的应用。英文摘要Spectrometerisalsocalledthespectrometer,widelyforcognitivefordirectreadingspectrometer.Withphotomultipliertubesandotherlightdetectormeasuringdeviceforspectrallineintensityofdifferentwavelengthposition.Itconsistsofaincidentslit,adispersionsystem,animagingsystemandoneormoreoftheexitslit.Indispersionelementradiationsourcesofelectromagneticradiationwavelengthorisolatedneedwavelengthregion,andontheselectedwavelength（orscan）bandintensitydetermined.光的衍射光谱仪光学\n光学基本原理1.光的衍射光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播的现象，叫光的衍射（Diffractionoflight）。光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性。衍射屏可以是反射物或透射物，诸如圆孔、矩孔、单缝等一类中间开孔型的，有小球、细丝、墨点、颗粒等一类中间阻挡型的，有反射闪耀光栅、透射黑白光栅、菲涅耳波带片、正弦型光栅等周期型的，也可以是景物的一幅底片、一张图像、一页数码字符等复杂型的，还可能是透镜棱镜等一类位相型的衍射屏。一是衍射屏左侧的入射场琿1（X，y），它是入射光波阵面函数；二是衍射屏右侧的透射场琿2（X，y），当然也可以是反射场，它是衍射场波阵面函数；三是衍射波向前传播而到达接收屏幕上的光场函数琿（x'，/）。園礼衍射\n2.光的干涉若干个光波(成员波)相遇时产生的光强分布不等于由各个成员波单独造成的光强分布之和，而出现明暗相间的现象。例如在杨氏双孔干涉(见杨氏干涉实验)中，由每一小孔H1或H2出来的子波就是一个成员波，当孔甚小时，由孔H1出来的成员波单独造成的光强分布11(x)在相当大的范围内大致是均匀的;单由从孔H2出来的成员波造成的光强分布12(x)亦如此。二者之和仍为大致均匀的分布。而巾两个成员波共同造成的光强分布I(x)，则明暗随位置x的变化十分显著，显然不等于Il(x)+12(x)。毎个成员波单独造成大致均匀的光强分布，这相当于要求各成员波本身皆没有明显的衍射，因为衍射也会造成明暗相间的条纹(见光的衍射)。所以，当若干成员波在空间某一区域相遇而发生干涉时，应该是指在该区域中可以不考虑每个成员波的衍射。应注意，前面所说的光强并不是光场强度(正比于振幅平方)的瞬时值，而是在某一段时间间隔At内光场强度的平均值或积分值;At的长短视检测手段或装置的性能而定。例如，人眼观察时，At就是视觉暂留时间；用胶片拍摄时，At则为曝光时间。干涉现象通常表现为光场强度在空间作相当稳定的明暗相间条纹分布；有时则表现为，当干涉装置的某一参量随时间改变时，在某一同定点处接收到的光强按一定规律作强弱交替的变化。光的干涉现象的发现在历史上对于由光的微粒说到光的波动说的演进起了不可磨灭的作用。1801年，T.杨提出了干涉原理并首先做出了双狭缝干涉实验，同时还对薄膜形成的彩色作了解释。1811\n年，D.F.J.阿喇戈首先研究了偏振光的干涉现象。现代，光的干涉已经广泛地用于精密计量、天文观测、光弹性应力分析、光学精密加工中的自动控制等许多领域。图1双孔千涉实验声中由孔H:和H,出来的子波单独造成的光强分布人(父)与A(X)之和/r(x)=/1(x)+/,(x)＞不等于由两个子波共同造成的实际光强分布/(*),n为光屏\n二.光谱仪分析1.原理根据现代光谱仪器的工作原理,光谱仪可以分为两大类:经典光谱仪和新型光谱仪.经典光谱仪器是建立在空间色散原理上的仪器;新型光谱仪器是建立在调制原理上的仪器.经典光谱仪器都是狭缝光谱仪器.调制光谱仪是非空间分光的，它采用圆孔进光.根据色散组件的分光原理，光谱仪器可分为:棱镜光谱仪，衍射光栅光谱仪和干涉光谱仪.光学多道分析仪OMA(OpticalMulti-channelAnalyzer)是近十儿年出现的采用光子探测器(CCD)和计算机控制的新型光谱分析仪器，它集信息采集,处理，存储诸功能于一体.由于OMA不再使用感光乳胶,避免和省去了暗室处理以及之后的一系列繁琐处理，测量工作，使传统的光谱技术发生了根本的改变，大大改善了工作条件，提高了工作效率;使用OMA分析光谱,测量准确迅速，方便，且灵敏度高，响应时间快，光谱分辨率高，测量结果可立即从显示屏上读出或由打印机,绘图仪输出。它己被广泛使用于几乎所有的光谱测量，分析及研究工作中，特别适应于对微弱信号，瞬变信号的检测包括以下几个主要部分：1.入射狭缝：在入射光的照射下形成光谱仪成像系统的物点。2.准直元件：使狭缝发出的光线变为平行光。该准直元件可以是一独立的透镜、反射镜、或直接集成在色散元件上，如凹面光栅光谱仪中的凹面光栅。\n1.色散元件：通常采用光栅，使光信号在空间上按波长分散成为多条光束。2.聚焦元件：聚焦色散后的光束，使其在焦平面上形成一系列入射狭缝的像，其中毎一像点对应于一特定波长。3.探测器阵列：放置于焦平面，用于测量各波长像点的光强度。该探测器阵列可以是CCD阵列或其它种类的光探测器阵列。三.应用光谱仪应用很广，在农业、天文、汽车、生物、化学、镀膜、色度计量、环境检测、薄膜工业、食品、印刷、造纸、喇曼光谱、半导体工业、成分检测、颜色混合及匹配、生物医学应用、荧光测量、宝石成分检测、氧浓度传感器、真空室镀膜过程监控、薄膜厚度测量、LED测量、发射光谱测量、紫外/可见吸收光谱测量、颜色测量等领域应用广泛\n.参考文献[1]马文蔚，周雨青，解希顺.《大学物理》.北京：高等教育岀版社，.2014.8[2]马文蔚，《大学物理在工程技术屮的应用》.北京：岛等教育出版社，.2014.8[3]马文蔚，《大学物理在工程技术中的应用》.北京：高等教育出版社，-2014.8