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平面反射光栅的原理

2020.10.09

  透射式光栅是通过在一块很平的玻璃上刻出一系列等宽度等间距的刻痕做成的,刻痕处相当于毛玻璃,大部分光将不会透过,而两条刻痕之间则相当于一条狭缝,可以透光。反射式的平面光栅,在一块光洁的平面玻璃上刻出一系列平行的斜槽,入射光经过斜槽的反射后,产生干涉现象。

  平面光栅主要用于光谱分析和光波长的测量等方面。

  理想的反射式平面光栅,可视作是相互平行,等宽,等间距,均匀排列的许多狭缝。如设光栅的缝宽为d,则d称为光栅常数。根据夫琅和费理论,一束平行光垂直地入射到平面反射光栅上,经各缝衍射后向各方向传播。衍射角适合如下条件:

  dsinθ=kλ k=0,±1,±2,±3…

  上式称作平行光垂直入射时的光栅方程。式中θ为衍射角,λ为光波波长,k为光谱线级数,当k=0,θ=0时,各种波长的光均满足上式,重合在一起形成零级光谱。k不为零时,不同波长的光对应不同的衍射角θ,光谱线便按波长(或衍射角)由小到大展开。如果入射光含有连续波长分布的复色光照射光栅,其一级主级大将是较宽的彩色亮带,从靠近零级主级大的内侧向外,颜色是由紫而最终变红色,称为光栅光谱。其它各级主级大的情况类似,仅零级保持为白色窄条,且对给定光栅常数的光栅,除中央零级明线外,不同波长的同一衍射主级大的位置均不重合,波长越短,衍射角就越小,越靠近中央。而在较高级次处,相邻级的衍射谱线间会出现重叠,级次越高重叠越严重。

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反射式平面光栅意图

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