凹面光柵是1882年羅蘭(Rowland)提出的,所以又稱羅蘭光柵(Rolland grating),島津叫Concaved gratings 。它是刻劃在球面的一系列等距刻槽的反射式衍射光柵,它的作用是使光既衍射又聚焦。因而凹面光柵攝譜儀只需光柵、狹縫及感光板三部分,光路緊湊。。它可減少吸收現象,只存在光柵面一次反射的光損失,由于減少了準直鏡和物鏡,所以可以進一步減少雜散光和像差,提高儀器的信噪比。
凹面光柵的色散原理同樣符合光柵方程 d(sinα±sinβ)=mλ。
根據圖3.1.2有公式 2sin θ cosK = Nm λ
其中,
θ是步進電機帶動光柵轉動的角度。
K是光柵中心點O,入射狹縫A,出射狹縫B之間的夾角的1/2,對于固定的單色器,為常數。
N是光柵中心O處的光柵刻痕數密度,島津的解釋是Number of slits per mm (the groove density, equal to the reciprocal of the grating period) ,對于固定的光柵,為常數。
m是光譜級次。
所以通過一個正弦機構就可以實現波長的線性化。
1.閃耀光柵
特點:在指定波長可以有很高的衍射效率?捎糜谧贤鈪^和可見光區。
2. 正弦曲線型光柵
特點:
a. 這種光柵在全波段都可以提供較高的衍射效率。
b. 衍射效率最高的波長由刻痕的深度確定。
c. 一般來說,這種光柵的衍射效率只有閃耀光柵的一半,但是通過改變刻痕深度和刻痕周期的比率,也可以獲得比閃耀光柵更高的效率。
d.可用于全波段和近紅外區。
注:對于正弦型輪廓,如果把它看成一個正弦曲線,那么刻痕深度可以理解為波谷值(為長度單位),刻痕周期就是正弦波的周期(為長度單位)
3.層狀光柵(Laminar Gratings )
特點:
a. 對于偶次光譜(even orders of light )衍射效率低于閃耀光柵和正弦型光柵。
b. 衍射效率最大處的波長由刻痕深度和刻痕占空比的比值決定。
c. 這種光柵主要用在soft x-ray區域,因為在這個區域可以獲得大的反射率。
注:對于刻痕的占空比,如果把刻痕輪廓看成方波,那刻痕占空比可以理解為方波峰寬(長度單位)和方波周期(長度單位)的比值。
如圖3.1.6和圖3.1.7, 1級光譜、2級光譜(2rd-order Light)和3級光譜(3rd-order Light)都有部份重疊。
在分光光度計中,一般通過燈室中的濾光片組(圖3.1.8)來消除光譜疊加。
圖3.1.8是某個廠家的濾光片組結構。在可見分光光度計中,圖3.1.8中的斜線部份是缺口,沒有濾光片。在紫外-可見分光光度計中,圖3.1.8中的斜線部份是個反光鏡,當儀器處于紫外波段時,鎢燈輻射光照射到反光鏡的背面,被阻擋;氘燈的輻射光照射到反射鏡面上,打入入射狹縫。
對于普通平面衍射光柵,分光光度計一般使用一級光譜(如圖3.1.7中的CCD postion),零級光(0-order Light)作為波長定位的參考位置。零級光時,所有波長的光都混在一起,形成“白光”(即入射的復色光)。在普通平面衍射光柵中,中央條紋零級光占據著入射總光能的很大一部分,因為零級光無色散作用,所以造成光能浪費。為此出現了一種新的光柵----閃耀光柵(使光能大部分集中在某個波長上,此波長就是閃耀波長)。
1. 注意保持安裝在光源室、樣品室的透鏡、反射鏡、密封窗等光學元件表面清潔,切勿用手觸摸。
2. 如透鏡表面有灰塵,可用干凈的吹氣球吹除;如發現表面有手印或其他污跡,可用清潔的擦鏡紙或用沾有酒精、乙醚混合液的脫脂棉輕擦。
3. 對于鍍鋁反射鏡,應按下列不同情況分別進行保養維護:
a. 如果表面落有灰塵,可用干凈的吹氣球吹除;
b. 如發現表面有手印或其他污跡,則應區分反射鏡表面是否鍍有保護膜。對于未鍍保護膜的反射鏡,則不能用任何物品擦拭(此種情況一般是直接跟換反射鏡)。污跡較少時,有保養光學元件經驗的使用者可采取涂覆火棉膠粘揭方法。但事前一定要用其他玻璃器件檢驗火棉膠涂覆成膜的質量,不能成膜的絕對不能使用。
c. 對于鍍保護膜(有些會在器件表面鍍一層SiO2)的反射鏡,則可用沾有酒精、乙醚混合液的脫脂棉輕擦。
4. 分光系統是儀器中制造精度、潔凈程度要求最高的光學元件與機械構件,為確保其工作性能與質量,在安裝與運行正常情況下,切勿隨意打開密封機罩。如確需打開,應嚴格遵守一下維護原則。
a. 開啟機罩前,注意保持實驗室內的溫度、濕度、清潔度。
b. 目視觀察分光系統故障時,盡量減少查看人員數量。
c. 觀察者近距離面對光柵、準直鏡時,不應講話、呵氣,以防呼吸的水汽或唾液落到光柵、反射鏡表面,形成污跡。
d. 絕對禁止用手觸及光柵與反射鏡表面。
e. 為排除故障需要使用工具調節某些機械零件時,務必避免工具劃傷光學元件表面。
注:光學系統的保養與維護摘自文獻18.