Đang tải... (xem toàn văn)
Chương 4: THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG PHỔ Chương này được dành để thảo luận về các thiết bị và kỹ thuật có tầm quan trọng cơ bản cho phép đo bước sóng và cấu hình vạch, hoặc để thu độ nhạy của bức xạ. Việc lựa chọn tối ưu thiết bị thích hợp hay ứng dụng của kỹ thuật mới thường quyết định sự thành công của các xử lý thực nghiệm. Vì sự phát triển của thiết bị phổ đã cho thấy sự tiến bộ lớn trong những năm gần đây, nó là quan trọng nhất đối với bất kỳ phổ nào được thông báo về độ nhạy liên quan đến trạng thái kĩ thuật, công suất phân giải phổ, và tỷ lệ nhiễu tín hiệu đạt được với thiết bị hiện đại. Đầu tiên, ta thảo luận về tính chất cơ bản của máy quang phổ và máy đơn sắc. Mặc dù cho nhiều thí nghiệm trên phổ laser, các thiết bị này có thể được thay thế bằng laser điều hướng đơn sắc (chương 5 và chương 1, phần 2), chúng vẫn không thể thiếu cho các giải pháp của các vấn đề trong quang phổ. Có lẽ giao thoa kế là thiết bị quan trọng nhất trong phổ laser, được áp dụng trong các thay đổi khác nhau cho rất nhiều vấn đề. Do đó ta xem xét thiết bị này một cách chi tiết hơn đôi chút. Gần đây, các kỹ thuật mới để đo bước sóng laser với độ chính xác cao đã được phát triển, chúng chủ yếu dựa trên sự giao thoa. Bởi vì sự liên quan của chúng quang phổ laser, chúng sẽ được thảo luận trong một phần riêng biệt.
Chương 4: THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG PHỔ Chương này được dành để thảo luận về các thiết bị và kỹ thuật có tầm quan trọng cơ bản cho phép đo bước sóng và cấu hình vạch, hoặc để thu độ nhạy của bức xạ. Việc lựa chọn tối ưu thiết bị thích hợp hay ứng dụng của kỹ thuật mới thường quyết định sự thành công của các xử lý thực nghiệm. Vì sự phát triển của thiết bị phổ đã cho thấy sự tiến bộ lớn trong những năm gần đây, nó là quan trọng nhất đối với bất kỳ phổ nào được thông báo về độ nhạy liên quan đến trạng thái kĩ thuật, công suất phân giải phổ, và tỷ lệ nhiễu tín hiệu đạt được với thiết bị hiện đại. Đầu tiên, ta thảo luận về tính chất cơ bản của máy quang phổ và máy đơn sắc. Mặc dù cho nhiều thí nghiệm trên phổ laser, các thiết bị này có thể được thay thế bằng laser điều hướng đơn sắc (chương 5 và chương 1, phần 2), chúng vẫn không thể thiếu cho các giải pháp của các vấn đề trong quang phổ. Có lẽ giao thoa kế là thiết bị quan trọng nhất trong phổ laser, được áp dụng trong các thay đổi khác nhau cho rất nhiều vấn đề. Do đó ta xem xét thiết bị này một cách chi tiết hơn đôi chút. Gần đây, các kỹ thuật mới để đo bước sóng laser với độ chính xác cao đã được phát triển, chúng chủ yếu dựa trên sự giao thoa. Bởi vì sự liên quan của chúng quang phổ laser, chúng sẽ được thảo luận trong một phần riêng biệt. Cũng đã được tiến bộ lớn đạt được trong lĩnh vực thu tín hiệu mức thấp. Ngoài ống nhân quang điện mới với một loạt độ nhạy phổ mở rộng và hiệu suất lượng tử lớn, thiết bị thu mới đã được phát triển như máy tăng cường ảnh, máy thu hồng ngoại, thiết bị tích điện kép (charge-coupled devices) (CCDs) hoặc phân tích đa kênh quang, có thể chuyển từ nghiên cứu quân được phân loại vào thị trường tự do. Đối với nhiều ứng dụng quang phổ, chúng chứng minh là cực kỳ hữu ích. 4.1 MÁY QUANG PHỔ VÀ MÁY ĐƠN SẮC Máy quang phổ, các công cụ đầu tiên đối với việc đo bước sóng, vẫn giữ một vị trí trong phòng thí nghiệm quang phổ, đặc biệt khi được trang bị với các phụ kiện hiện đại như máy đo độ đậm đặc vi lượng vi tính hoặc máy phân tích đa kênh quang. Máy quang phổ là dụng cụ quang học mà ảnh S 2 (λ) của khe vào S 1 , những ảnh được tách thành hai bên cho các bước sóng λ khác nhau của bức xạ (Hình 2.12). Tán sắc ngang này là do hoặc tán sắc phổ trong lăng kính hoặc nhiễu xạ trên mặt phẳng hoặc cách tử phản xạ. Hình 4.1 Quang phổ kế lăng kính Hình 4.1 Sơ đồ sắp xếp của các thành phần quang trong một máy quang phổ lăng kính L nguồn ánh sáng chiếu vào khe 1 S , được đặt trong mặt phẳng tiêu cự của ống kính chuẩn trực 1 L . Sau 1 L chùm ánh sáng song song đi qua lăng kính P, nó bị nhiễu xạ bởi một góc θ(λ) phụ thuộc vào bước sóng λ. Thấu kính ảnh 2 L tạo ảnh 2 S ở khe S 1 . Vị trí x(λ) của ảnh này trong mặt phẳng tiêu cự của L 2 là một hàm của λ. Sự tán sắc tuyến tính dx/dλ của máy quang phổ phụ thuộc vào độ phân tán phổ dn/dλ của chất làm lăng kính và tiêu cự của L 2 . Khi một cách tử nhiễu xạ phản xạ được sử dụng để tách các vạch phổ S 2 (λ), hai thấu kính L 1 và L 2 thường được thay thế bằng hai gương cầu M 1 và M 2 , mà ảnh khe vào hoặc vào khe ra S 2 , hoặc qua gương M vào mảng CCD trong mặt phẳng quan sát (Hình 4.2). Cả hai hệ thống có thể sử dụng ghi ảnh hoặc ghi quang điện. Theo các loại máy thu, ta phân biệt giữa các máy quang phổ và máy đơn sắc. Trong máy quang phổ thiết bị điện tích kép (CCD) mảng diode được đặt trong mặt phẳng tiêu cự của L 1 hoặc M 2 . Vùng phổ toàn bộ 1 1 2 2 x x phủ bởi phần mở rộng 1 2 x x x của mảng diode có thể được đồng thời được thu. Mảng làm mát CCD có thể Hình 4.2: Máy đơn sắc cách tử M ảng CCD Gương tháo l ắp đ ư ợc chồng chất công suất bức xạ tới trong thời gian dài (lên đến 20h). Máy thu CCD có thể được sử dụng cho cả hai xung và các nguồn ánh sáng liên tục. Vùng phổ là bị giới hạn bởi độ nhạy phổ của các vật liệu CCD có sẵn và bao gồm vùng giữa khoảng 200-1000nm. Máy đơn sắc, sử dụng ghi quang điện của một khoảng thời gian lựa chọn phổ nhỏ. Một khe ra S 2 , chọn một khoảng 2 x trong mặt phẳng tiêu cự, chỉ cho vùng giới hạn qua máy thu quang điện. Phạm vi quang phổ khác nhau có thể được thu bằng cách thay đổi S 2 vào hướng x. Một giải pháp thuận tiện hơn (cũng dễ dàng để xây dựng hơn) biến lăng kính hoặc cách tử bằng một hộp điều khiển, cho phép vùng phổ khác nhau được điều chỉnh nang qua khe ra S 2 . Thiết bị hiện đại sử dụng một điều khiển trực tiếp của trục cách tử của động cơ bước và đo góc quay của bộ giải mã góc điện tử. Điều này tránh phản ứng khe hở của các bánh răng điều khiển. Không giống như máy quang phổ, vùng phổ khác nhau không được thu đồng thời nhưng liên tiếp. Các tín hiệu nhận được bởi máy thu là tỷ lệ thuận với tích diện tích 2 h x của khe ra với chiều cao h với cường độ phổ I d , với tích phân mở rộng trên vùng phổ tán sắc trong chiều rộng 2 x của S 2 . Trong khi đó, máy quang phổ cho phép đo lường đồng thời của một vùng rộng lớn với độ phân giải thời gian vừa phải, máy thu quang điện cho phép độ phân giải cao, nhưng cho một độ phân giải phổ nhất định, chỉ có một khoảng bước sóng nhỏ Δλ được đo tại một một thời điểm. Với thời gian tích hợp dưới đây một vài phút, ghi quang điện cho thấy độ nhạy cao hơn, trong khi thời gian thu rất dài vài giờ, tấm quang có thể được thuận tiện hơn, mặc dù mảng CCD làm mát cho phép thời gian tích hợp đến vài giờ. Trong các tài liệu phổ, tên máy quang phổ thường được sử dụng cho cả hai loại dụng cụ. Bây giờ chúng ta thảo luận về tính chất cơ bản của quang phổ kế, có liên quan cho phổ laser. Cho một xử lý chi tiết hơn, hãy xem ví dụ [4.1-4.10]. 4.1.1 Tính chất cơ bản Việc lựa chọn loại tối ưu của quang phổ kế cho một thí nghiệm cụ thể được hướng dẫn bởi một số đặc điểm cơ bản của quang phổ kế và phù hợp với ứng dụng cụ thể. Tính chất cơ bản quan trọng đối với tất cả các dụng cụ quang học có thể được liệt kê như sau: a) Tốc độ của quang phổ kế Khi cường độ phổ * I trong góc khối dΩ = 1sr tới khe vào với diện tích A, một quang phổ kế với một góc thu nhận Ω truyền thông lượng bức xạ trong khoảng phổ dλ * / s d I A A T d (4.1) với s A A là diện tích của ảnh nguồn tại khe vào (Hình 4.3), và T(λ) hệ số truyền qua của quang phổ kế. Tích U = AΩ thường có tên là étendue. Đối với quang phổ kế lăng kính góc khối thu nhận 2 1 / F f , được giới hạn bởi diện tích hiệu dụng F = hD của chùm ánh sáng song song truyền qua lăng kính, biểu diện giới hạn khẩu độ với chiều cao h và chiều rộng D cho chùm sáng (Hình 4.1). Đối với quang phổ kế cách tử kích thước của giới hạn cách tử và gương việc góc khối thu nhân Ω. Ví dụ 4.1 Cho một lăng kính với độ cao h=6cm, D=6cm, f 1 =30cm, ta được D/f=1:5 và 0,04 sr với một khe vào tiết diện 5.0,1mm 2 , étendue là 3 2 4 2 5.10 4.10 2.10 U cm sr Để sử dụng tốc độ tối ưu, đó là thuận lợi để ảnh nguồn sáng vào khe góc thu nhân Ω là hoàn toàn được sử dụng (Hình 4.4). Mặc dù công suất bức xạ từ một nguồn mở rộng có thể qua khe vào bằng cách sử dụng một thấu kính hội tụ để làm giảm ảnh nguồn trên khe vào, độ lệch được tăng lên. Bức xạ bên ngoài góc khối thu nhận Ω không thể được thu, nhưng có thể làm tăng nền bởi tán xạ từ giá đỡ thấu kính và thành quang phổ kế. Hình 4.4. Ảnh tối ưu của nguồn sáng vào khe của quang phổ kế đạt được khi góc khối của ánh sáng đến phù hợp góc thu nhận Ω = (a / d) 2 của quang phổ kế Hình 4.3. Tập trung công suất ánh sáng của một quang phổ kế Th ấu kính H ệ số truyền T Độ rộng Thường thì bước sóng của laser được đo với một quang phổ kế. Trong trường hợp này, không nên trực tiếp định hướng chùm laser vào khe, vì lăng kính hoặc cách tử sẽ không chiếu đồng đều. Điều này làm giảm độ phân giải phổ. Hơn nữa, đối xứng của quang trình với sự với trục quang phổ kế là không đảm bảo với sự sắp xếp như vậy, dẫn đến lỗi hệ thống của phép đo bước sóng nếu chùm tia laser không thực sự trùng với trục quang phổ kế. Nó là tốt hơn để minh họa một tấm đế thủy tinh với laser và sử dụng ánh sáng laser tán xạ không kết hợp như là một nguồn thứ cấp, mà được chụp theo cách thông thường (Hình 4.5). b) Hệ truyền qua của quang phổ Đối với quang phổ kế lăng kính, hệ số truyền qua quang phổ phụ thuộc vào vật liệu của lăng kính và thấu kính. Sử dụng thạch anh nóng chảy, mở rộng vùng phổ có thể từ khoảng 180 đến 3000nm. Dưới 180nm (vùng tử ngoại chân không), toàn bộ quang phổ kế phải là chân không, và florua lithi hoặc florua canxi phải được sử dụng cho lăng kính và thấu kính, mặc dù hầu hết quang phổ kế VUV được trang bị với cách tử phản xạ và gương. Trong vùng hồng ngoại, vật liệu (ví dụ, tinh thể CaF 2 , NaCl, và KBR) là trong suốt tới 30μm, trong khi CsI và kim cương trong suốt cao là 80μm. (Hình 4.6). Tuy nhiên, do hệ số phản xạ cao của gương phủ kim loại và cách tử trong vùng hồng ngoại, quang phổ cách tử với những gương được ưa thích trên máy quang phổ lăng kính. Hình 4.5.(a) Hình ảnh của nguồn sáng mở rộng vào khe của quang phổ kế với * . (b) quang hình chính xác cho phép đo bước sóng laser với quang phổ kế. Ánh sáng laser, tán xạ bởi thủy tinh cơ bản, tạo ra nguồn được chụp vào khe vào Laser Chù m Thủy tinh cơ bản Hình 4.6. (a) Vùng phổ của vật liệu quang khác nhau, và (b) hệ số truyền qua các vật liệu khác nhau với độ dày 1cm [4.5b] Nhiều dịch chuyển dao động-quay của các phân tử như H 2 O hoặc CO 2 trong vùng 3- 10μm, gây ra sự hấp thụ có chọn lọc các bức xạ truyền. Quang phổ kế hồng ngoại do đó có thể là hút chân không hoặc chứa đầy nitơ khô. Bởi vì sự tán sắc và hấp thu liên quan chặt chẽ, vật liệu lăng kính với những mất mát hấp thụ thấp cũng cho thấy sự tán sắc thấp, kết quả là hạn chế suất phân giải (xem dưới đây). Vì sự tạo vạch hoặc toàn ảnh của cách tử có độ phẩm chất cao đã đạt đến một tiêu chuẩn công nghệ cao, hầu hết các quang phổ kế được sử dụng hiện nay đều được trang bị với cách tử nhiễu xạ chứ không phải là lăng kính. Hệ số truyền phổ của quang phổ cách tử đến từ vùng VUV vào vùng hồng ngoại xa. Việc thiết kế và phủ của các thành phần quang học cũng như hình dạng của sự sắp xếp quang học được tối ưu hóa theo vùng bước sóng quy định. c) Năng suất phân giải phổ Năng suất phân giải phổ của bất kỳ dụng cụ tán sắc được xác định bởi biểu thức / /R (4.2) nơi Δλ = λ 1 - λ 2 là khoảng cách cực tiểu của các bước sóng trung tâm λ 1 và λ 2 của hai vạch gần nhau được coi được phân giải. Có thể nhận ra rằng một phân bố cường độ bao gồm hai vạch với các cấu hình cường độ 1 1 I và 2 2 I nếu cường độ toàn phần 1 1 2 2 I I I cho thấy một sự sụt giảm rõ rệt giữa hai cực đại (Hình 4.7). Phân bố cường độ I(λ) phụ thuộc vào tỷ lệ I 1 /I 2 và vào cấu hình của cả hai thành phần. Vì vậy, khoảng thời gian cực tiểu Δλ sẽ khác nhau cho các cấu hình khác nhau. Hình 4.7. Tiêu chuẩn Rayleigh cho độ phân giải của hai đường gần nhau chồng chéo Lord Rayleigh đã giới thiệu một tiêu chuẩn độ phân giải cho các cấu hình đường giới hạn nhiễu xạ, hai đường được coi là chỉ được phân giải nếu cực đại nhiễu xạ trung tâm của cấu hình 1 1 I trùng với cực tiểu đầu tiên của 2 2 I [4.3]. Ta hãy xem xét năng suất phân giải phổ của một quang phổ kế. Khi đi qua các yếu tố tán sắc (lăng kính hoặc cách tử), một chùm tia song song bao gồm hai sóng đơn sắc có bước sóng λ và λ + Δλ được chia thành hai chùm với độ lệch góc θ và θ + Δθ từ hướng ban đầu của chúng (Hình 4.8). Độ tách góc là /d d (4.3) với dθ/dλ được gọi là độ tán sắc góc [rad/nm]. Vì thấu kính ảnh với tiêu cự ảnh f 2 khe vào S 1 vào mặt phẳng B (Hình 4.1), Δx 2 khoảng cách giữa hai ảnh S 2 (λ) và S 2 (λ + Δλ), theo hình 4.8, 2 2 2 d dx x f f d d (4.4) Yếu tố dx/dλ được gọi là độ tán sắc tuyến tính của dụng cụ. Nó thường được đo bằng mm/nm. Để phân giải hai đường tại λ và λ + Δλ, khoảng cách Δx 2 (4.4) phải là nhỏ nhất, tổng δx 2 (λ)+δx 2 (λ+Δλ) của độ rộng của hai ảnh của khe. Vì độ rộng δx 2 là liên quan đến độ rộng của khe vào δx 1 theo quang hình học 2 2 1 1 / x f f x (4.5) Hình4.8. Góc tán sắc của chùm tia song song yếu tố tán sắc suất phân giải λ/Δλ có thể tăng lên bằng cách giảm δx 1 . Thật không may, có một giới hạn lý thuyết được thiết lập bởi sự nhiễu xạ. Do tầm quan trọng cơ bản này giới hạn độ phân giải, ta thảo luận về điểm một cách chi tiết hơn. Khi một chùm ánh sáng song song qua một khẩu độ giới hạn với đường kính a, một hệ vân nhiễu xạ Fraunhofer được tạo trong mặt phẳng của thấu kính hội tụ L 2 (Hình 4.9). Phân bố cường độ I là một hàm của góc với trục quang học của hệ được cho bởi công thức nổi tiếng [4.3] 2 2 0 0 sin sin / sin / sin / / a a I I I a a (4.6) Hai cực tiểu nhiễu xạ bậc nhất tại / a là đối xứng với cực đại trung tâm (nhiễu xạ bậc 0) tại 0 . Cường độ cực đại nhiễu xạ trung tâm / 0 / a a I I d có chứa khoảng 90% của cường độ toàn phần. Ngay cả một lối vào khe cực nhỏ do đó tạo ra một hình ảnh khe có chiều rộng iff 2 / d r s x f a (4.7) được định nghĩa là khoảng cách giữa tối đa nhiễu xạ trung ương và tối thiểu đầu tiên, đó là xấp xỉ bằng FWHM của cực đại trung tâm. Theo tiêu chuẩn Rayleigh, hai vạch quang phổ cường độ như nhau với bước sóng λ và λ + Δλ chỉ được phân giải nếu cực đại nhiễu xạ trung tâm của S 2 (λ) trùng với cực tiểu bậc nhất của S 2 (λ + Δλ) (xem ở trên). Điều này có nghĩa rằng cực đại của chúng chỉ cách nhau bởi i 2 / d ffr S x f a . Từ (4.6), người ta có thể tính toán rằng, trong trường hợp này, cả hai đường một phần chồng lên nhau với một sự sụt giảm 2 ax ax 8/ 0,8 m m I I giữa hai cực đại. Khoảng cách giữa các trung tâm của ảnh hai khe thu được từ (4.7) (xem hình 4.9b) 2 2 / x f a (4.8a) Sự tách biệt của hai đường tán sắc (4.4) Δx 2 = f 2 (dθ/dλ)Δλ lớn hơn giới hạn này. Điều này cho phép giới hạn cơ bản về suất phân giải / / a d d (4.9) trong đó nêu rõ chỉ phụ thuộc vào kích thước của giới hạn khẩu độ a và góc tán sắc của thiết bị. Hình 4.10. Cấu hình cường độ của hai đường đơn sắc đo trong mặt phẳng tiêu cự của L 2 với một độ rộng khe vào 1 . / b f a và hệ số phóng đại f 2 /f 1 của máy quang phổ. Đường nét liền: không có sự nhiễu xạ, đường nét đứt: có nhiễu xạ. Khoảng cách phân giải cực tiểu giữa các trung tâm đường 2 2 1 / / x f b f a Đối với một khe vào hữu hạn với độ rộng b khoảng cách Δx 2 giữa các đỉnh trung tâm của hai ảnh 1 1 I và 2 2 I phải lớn hơn (4.8a). Ta có được 2 2 2 1 f x f b a f (4.8b) để đáp ứng các tiêu chuẩn Rayleigh (Hình 4.10). Với Δx 2 = f 2 (dθ/dλ)Δλ, khoảng bước sóng Δλ phân giải nhỏ nhất là 1 1 b d a f d (4.10) Lưu ý: Độ phân giải quang phổ là giới hạn, không phải bởi sự nhiễu xạ do khe vào, nhưng bởi sự nhiễu xạ gây ra bởi khẩu độ a lớn hơn nhiều, được xác định bởi kích thước của lăng kính hoặc cách tử. Mặc dù nó không ảnh hưởng đến độ phân giải phổ, sự nhiễu xạ lớn hơn nhiều bởi các khe vào yêu cầu một giới hạn vào cường độ truyền tại độ rộng khe nhỏ. Điều này có thể được nhìn thấy như sau: khi được chiếu ánh sáng song song, khe vào với độ rộng b tạo một nhiễu xạ Fraunhofer tương tự (4.6) với a thay bằng b. Cực đại nhiễu xạ trung tâm mở rộng giữa các góc / b (Hình 4.11) và hoàn toàn có thể qua lỗ giới hạn nếu 2 là nhỏ hơn so với góc thu nhận một a/f 1 của quang phổ kế. Điều này áp đặt một giới hạn thấp hơn độ rộng hữu dụng b min của khe vào, min 1 2 / b f a (4.11) Hình 4.11. Nhiễu xạ bởi khe vào Trong tất cả các trường hợp thực tế, ánh sáng tới là phân kì, mà tổng của các góc phân kì và góc nhiễu xạ nhỏ hơn so với a/f và độ rộng khe b cực tiểu tương ứng lớn hơn. Hình 4.12a minh họa phân bố cường độ I(x) trong mặt phẳng B cho độ rộng khe b khác nhau. Hình 4.12b cho thấy sự phụ thuộc độ rộng Δx 2 (b) của ảnh khe S 2 vào độ rộng khe vào b, có tính đến sự nhiễu xạ gây ra bởi khẩu độ a. Điều này chứng minh rằng độ phân giải không có thể được tăng lên bằng cách giảm b dưới b min . Cường độ I(b) trong mặt phẳng B được vẽ trong hình 4.12c như một hàm của độ rộng khe b. Theo (4.1), thông lượng bức xạ truyền qua phụ thuộc vào tích U = AΩ của diện tích khe vào A và góc thu nhận Ω = (a/f 1 ) 2 . Thông lượng trong B sẽ phụ thuộc tuyến tính vào chiều rộng khe b nếu không có nhiễu xạ. Điều này có nghĩa cho bức xạ đơn sắc cường độ đỉnh [W/m 2 ] trong mặt phẳng B sẽ không đổi (đường cong 1m) mặc dù công suất truyền sẽ tăng tuyến tính với Hình 4.12. (a) Nhiễu xạ giới hạn cường độ phân bố I(x 2 ) trong mặt phẳng B cho độ rộng b khác nhau của khe vào. (b) Chiều rộng δx 2 (b) của ảnh khe vào S 2 (x 2 ) khi có và không có nhiễu xạ bởi độ khẩu độ a. (c) Cường độ I(x 2 ) trong mặt phẳng quan sát là một chàm của độ rộng khe b cho một quang phổ liên tục và cho một đường quang phổ đơn sắc (m) với nhiễu xạ (đường cong liền 2c và 2m) và không có nhiễu xạ (đường cong nét đứt 1c và 1m) không có nhiễu xạ có nhiễu xạ [...]... hiệu dụng của cách tử đo bằng đơn vị bước sóng Đối với một cuộc thảo luận chi tiết hơn về thiết kế đặc biệt của cách tử đơn sắc, chẳng hạn như các cách tử lõm được sử dụng trong phổ VUV, người đọc tham khảo các tài liệu về chủ đề này [4.12-4.18] Một thông tin chi tiết của việc sản xuất và thiết kế của cách tử khắc vạch có thể được tìm thấy trong [4.12] 4.2 Giao thoa kế Đối với khảo sát các cấu hình... δλ = λ/m giữa các bậc nhiễu xạ liên tiếp Ví dụ 4.6 N = 3.104, d = 10μm, 30o , λ = 500nm, m = 34 Năng suất phân giải phổ là R = 106, nhưng vùng quang phổ tự do là chỉ δλ = 15nm Điều này có nghĩa là các bước sóng λ và λ+δλ chồng chéo trong cùng một hướng β pháp tuyến cách tử pháp tuyến rãnh lớp phủ phản xạ Hình 4.22 Cách tử Echel d) Cách tử Ghosts Độ lệch phút của khoảng cách d giữa các rãnh lân cận,... khảo sát các cấu hình vạch khác nhau được thảo luận trong chương 3, giao thoa kế được ưu tiên được sử dụng bởi vì, đối với suất phân giải phổ, chúng thậm chí được lớn hơn quang phổ kế Trong phổ laser các loại khác nhau của giao thoa kế không chỉ phục vụ để đo cấu hình vạch phát xạ hoặc hấp thụ, nhưng chúng cũng là thiết bị cần thiết để thu hẹp chiều rộng phổ laser, thu độ rộng vạch laser, điều khiển... 2mm/nm Với độ rộng khe b1 = b2 = 50μm một độ phân giải phổ của Δλ = 0,025nm có thể đạt được Để giảm độ rộng hình ảnh khe đến 5.10 -3mm, độ rộng khe vào b đã được thu hẹp đến 10μm Vạch quanh λ = 1μm trong phổ sẽ xuất hiện trong bậc 1 tại các góc cùng vào β Chúng có thể bị chặn bởi bộ lọc Một thiết kế đặc biệt là cách tử echelle, có khoảng cách các rãnh rất rộng với dạng bước góc phải (Hình 4.22) Ánh... quang hoặc Raman và phức tạp sự phân bố của phổ e) Cách tử toàn ảnh Mặc dù các kỹ thuật khắc vạch hiện đại với điều khiển chiều dài giao thoa đã cải thiện rất nhiều chất lượng của cách tử khắc vạch [4.12-4.15] cách tốt nhất của sản xuất cách tử vệt mờ tự do là với toàn ảnh Việc sản xuất của cách tử toàn ảnh như sau: một lớp quang trên bề khoảng trống của của cách tử trong mặt phẳng (x, y) được chiếu... đơn mode (chương 5) Trong phần này, ta thảo luận về một số thuộc tính cơ bản của giao thoa kế với sự trợ giúp của một số ví dụ minh họa Các đặc tính của các loại khác nhau của giao thoa kế là rất cần thiết cho các ứng dụng quang phổ được thảo luận chi tiết hơn Vì công nghệ laser không thể nghĩ bàn mà không có lớp phủ điện môi cho gương, giao thoa kế, và các bộ lọc, một phần bổ sung thêm với đa lớp... 4.19 một suy ra cho trường hợp α và β là trên cạnh đối diện pháp tuyến cách tử, i = α – θ và r = θ + β, trong đó mang lại phổ phản xạ i = r, điều kiện để các góc θ tối ưu / 2 (4.22) pháp tuyến cách tử pháp tuyến rãnh pháp tuyến cách tử Hình 4.20 (a) Lắp đặt Littrow của một cách tử với (b) minh họa của góc cho cách tử Littrow Do sự nhiễu xạ của từng sóng thành phần vào một phạm vi... xác định bởi cấu tạo của quang phổ kế, trong khi góc β mà cấu tạo giao thoa xảy ra phụ thuộc vào các bước sóng λ Do đó, góc θ đã được quy định cụ thể vùng phổ mong muốn và loại quang phổ kế Trong các ứng dụng phổ laser trường hợp α = β thường xảy ra, điều đó có nghĩa ánh sáng được phản xạ trở lại vào hướng của ánh sáng tới Để có sắp xếp như vậy, được gọi là một lắp đặt cách tử Littrow (Littrow-grating... trong các mặt phẳng B bằng f2θ, bán kính cong là cùng bậc của độ lớn như tiêu cự của thấu kính ảnh và tăng với bước sóng ngày càng tăng do giảm tán sắc phổ Trong quang phổ kế cách tử, ảnh cong của khe thẳng gây ra bởi loạn thị của gương cầu Loạn thị có thể được một phần bù đắp bằng cách sử dụng khe vào cong [4.9] Một giải pháp khác là dựa trên hình ảnh loạn thị sửa chữa bằng cách sử dụng một thiết. .. của cách tử d) Vùng phổ tự do Vùng phổ tự do của một quang phổ kế là khoảng bước sóng δλ của bức xạ tới mà một mối quan hệ giá trị tồn tại giữa λ và vị trí x(λ) của ảnh khe vào Hai đường phổ có bước sóng λ1 và λ2 = λ1 ± δλ không có thể được phân biệt mà không có thông tin thêm Điều này có nghĩa rằng các bước sóng λ đo bằng dụng cụ phải được biết trước với sự bất định Trong khi đối với quang phổ . chúng vẫn không thể thiếu cho các giải pháp của các vấn đề trong quang phổ. Có lẽ giao thoa kế là thiết bị quan trọng nhất trong phổ laser, được áp dụng trong các thay đổi khác nhau cho rất. thảo luận về tính chất cơ bản của máy quang phổ và máy đơn sắc. Mặc dù cho nhiều thí nghiệm trên phổ laser, các thiết bị này có thể được thay thế bằng laser điều hướng đơn sắc (chương 5 và chương. kính. Hệ số truyền phổ của quang phổ cách tử đến từ vùng VUV vào vùng hồng ngoại xa. Việc thiết kế và phủ của các thành phần quang học cũng như hình dạng của sự sắp xếp quang học được tối ưu hóa