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如何解决光栅单色仪高次谐波污染的问题?
  • 发布日期:2019-10-12      浏览次数:30
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        光栅单色仪是一种常用的光谱分析仪器。利用光的辐射、色散、和吸收等原理通过光谱分析的技术途径可以对物质的成分和含量乃至状态进行定性或者定量的分析。根据采用色散元件的不同,可分为棱镜单色仪和光栅单色仪两大类,其应用的光谱区很广,从紫外、可见、近红外一直到远红外。对不同的光谱区域,一般需换用不同的棱镜或光栅。因而光栅单色仪在科学研究各领域、社会服务各行业均有非常重要的应用。

       


      (光栅单色仪)

        
        一般光源所辐射的光往往是由各种波长的光组成。如果各种波长是连续变化的,那么这类光源称为连续光源。由于光源的光谱分布与光的物质特性有关,因此测定光源的光谱分布是研究物质内部微观结构的重要工具之一。
        
        光栅单色仪的基本特性是其单色性和出射单色光的强度,实验中,一般总是希望出射的单色光的光谱宽度尽量窄(即单色性尽量好)和单色光的强度尽量高。除了平面光栅的色散率的大小外,单色仪出射光的光谱宽度的宽窄主要由缝宽,衍射和像差等因素决定,其中像差在设计调整时已尽量减小。在正常情况下,对单色仪来说,主要是解决缝宽和色差问题。
        
        如所周知,构成光栅单色仪核心元件的衍射光栅是一种多级衍射元件。这一现实导致了利用光栅单色仪获得的“单色光束”不可避免地混有波长为目标波长整数分之一倍的所谓“高次谐波组分”。高次谐波组份的存在显而易见地降低了单色光束的光谱纯度,为光谱分析技术的应用带来很大的技术难度并增加重要的应用成本。谐波组份因而也被称作谐波污染。
        
        解决高次谐波污染的通用做法是在单色仪的输出光路中插入抑制谐波组分的窄带滤光片,将输出光束中不期望存在的高次谐波滤除掉。滤光片的引入,增加了光栅单色仪的结构复杂性和使用成本。针对不同波长的光,还需要选择不同设计的滤光片以达到良好的使用效果。在电磁波谱自真空紫外至软X射线的波长区域,高次谐波污染的问题尤其难以解决。而且在这一波长区域,任何材料均对其均会有非常显著的吸收。在这一波段,对不同波长的光束设计和选择合适的滤片非常困难而且相当昂贵,同时还不得不忍受对目标光束亮度的显著衰减。在真空紫外至软X射线波长区域人们抑制高次谐波污染的采用的做法目前包括气室法,滤片法,反射镜法等等。这些做法,在显著增加真空紫外至软X射线波段单色仪的结构复杂性和使用成本的同时,无一例外地会显著衰减目标波长光束的亮度并影响光束质量。
        
        
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