原子分子光谱-第七-八次-20121130.ppt
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1、1,原子分子光谱 郭福明 原子与分子物理研究所 ,13514412463,2,同步辐射,回顾,3,回顾,4,1. 辐射光的波长连续可调、范围宽; 2. 亮度高; 3. 准直性好; 4. 单色性好; 5. 偏振光; 6. 有特定的时间结构; 7. 稳定。 8.多用户,同步辐射特性:,回顾,5,分光系统 将由不同波长的“复合光”分开为一系列“单一”波长的“单色光”的器件。,1. 棱镜:,棱镜分光系统使辐射沿焦面呈非线性色散,短波的色散大于长波。,回顾,6,1). 光栅,反射光栅,透射光栅,透光宽度,不透光宽度,2) . 光栅常数d, 大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件,光栅宽度为
2、 l ,每毫米缝数为 m ,则总缝数,2.衍射光栅(光栅),7,光栅制作: 以特殊的工具(如钻石),在硬质、磨光的光 学平面上刻出大量紧密而平行的刻槽。以此为 母板,可用液态树脂在其上复制出光栅。制作 的光栅有平面透射光栅、平面反射光栅及凹面 反射光栅。 通常的刻线数为300-2000刻槽/mm。最常用的是 1200-1400刻槽/mm(紫外可见)及100-200刻 槽/mm(红外)。,8,3). 光栅衍射的基本特点,屏上的强度为单缝衍射和缝间干涉的共同结果。,以二缝光栅为例,结论:,9,二. 多缝干涉,1). 五缝干涉例子,主极大角位置条件,k 称为主极大级数,相邻两缝在 P点引起的光振动相
3、位差为,主极大强度,为主极条件下单缝在 P 点引起光振动矢量的振幅,10,对N 缝干涉两主极大间有N - 1个极小, N - 2 个次极大。,衍射屏上总能量,主极大的强度,由能量守恒,主极大的宽度,随着N 的增大,主极大变得更为尖锐,且主极大间为暗背景,2). N 缝干涉,缝干涉强度分布,缝干涉强度分布,缝干涉强度分布,11,3)单缝衍射,12,13,14,15,16,17,18,19,20,缝间干涉主极大就是光栅衍射主极大,其位置满足, 光栅方程,多缝干涉主极大光强受单缝衍射光强调制,使得主极大光强大小不同,在单缝衍射光强极小处的主极大缺级。,缺级条件,如,缺级,缺级,缺级条件分析,三. 衍
4、射和缝间干涉的共同结果,21,22,23,24,单缝衍射和缝间干涉的共同结果,几种缝的光栅衍射,25,斜入射的光栅方程,主极大条件,k = 0, 1, 2, 3,缺级条件,最多明条纹数,p,26,一束波长为 480 nm 的单色平行光,照射在每毫米内有600条刻痕的平面透射光栅上。,求,(1) 光线垂直入射时,最多能看到第几级光谱?,(2) 光线以 30o入射角入射时,最多能看到第几级光谱?,例,27,(2) 斜入射时,可得到更高级次的光谱,提高分辨率。,(1) 斜入射级次分布不对称,(3) 垂直入射和斜入射相比,完整级次数不变。,(4) 垂直入射和斜入射相比,缺级级次相同。,上题中垂直入射级
5、数,斜入射级数,说明,28,四. 光栅光谱及分辨本领,1). 光栅光谱,0级,1级,2级,-2级,-1级,3级,-3级,白光的光栅光谱,2). 光栅的色分辨本领,( 将波长相差很小的两个波长 和+ 分开的能力 ),色谱仪的色分辨率,29,设两波长1 和2 = 1+ 在第k 级刚好能被光栅分辨,则有,当,( 光栅的色分辨本领 ),由(1) 、(2) 得,其中,光栅的色分辨率,讨论,增大主极大级次 k 和总缝数 N ,可提高光栅的分辨率。,30,五.闪耀光栅,平面式光栅的零级谱无色散。但该级却具有最大的能量。 能量集中是单元衍射的结果,大部分能量都集中在几何像点(衍射的中央主极大,即衍射零级)上。
6、 对于平面光栅,单元衍射零级的位置与缝间干涉零级的位置恰好是重合的。 如果让衍射零级偏离干涉零级的位置,即让单元衍射的中央零级与j=1,或2,的光谱重合,即可解决上述问题。 闪耀光栅具有这种能力。,31,32,平面反射光栅(闪耀光栅,小阶梯光栅) 将平行的狭缝刻制成具有相同形状的刻槽(多为三角形),此时,入射线的小反射面与夹角 一定,此时反射线集中于一个方向,从而使光能集中于所需要的一级光谱上。此种光栅又称闪耀光栅。当= 时,在衍射角方向可获得最大的光强, 也称为闪耀角。 如下图所示。,33,k=0,k=0,34,k=0,k=0,35,36,小阶梯光栅与中阶梯光栅的性能比较,37,入射狭缝S1
7、,出射狭缝S2,球面镜M1,球面镜M2,反射光栅G(闪耀光栅),S1处于M1的焦平面处。,光栅单色仪,S2处于M2的焦平面处。,38,球面闪耀光栅G2,探测器,引出单色光,双光栅光谱仪(单色仪),G1,G2,球面闪耀光栅G1,光谱仪,单色仪,39,激光,LASER Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,40,理论基础: 爱因斯坦的光子学说(1905); 波粒二象性(1909) 辐射理论(1917):提出了受激辐射的概念,预测到光可以产生受激辐射放大。,Einstein,41,梅曼和第一只激光器,红宝石激光器,42,常用激
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