光譜分析方法作為一種重要的分析手段，在科研、生產(chǎn)、質(zhì)控等方面都發(fā)揮著極大的作用。無論是穿透吸收光譜，還是熒光光譜，拉曼光譜，獲得單波長輻射是不可缺少的手段。由于現(xiàn)代單色儀可具有很寬的光譜范圍（UV-IR），高光譜分辨率（0.001nm），自動波長掃描，完整電腦控制功能，極易和其它周邊設(shè)備配合為高性能自動測試系統(tǒng)，使用電腦自動掃描多光柵光譜儀已成為光譜研究的首選。
6x16?x 在光譜學(xué)應(yīng)用中，獲得單波長輻射是不可缺少的手段。除了用單色光源（如光譜燈、激光器、發(fā)光二極管）、顏色玻璃和干涉濾光片外，大都使用掃描選擇波長的單色儀。尤其是當前更多地應(yīng)用掃描光柵單色儀，在連續(xù)的寬波長范圍（白光）選出窄光譜（單色或單波長）輻射。
Q_k'7Z\g$ 當一束復(fù)合光線進入光譜儀的入射狹縫，首先由光學(xué)準直鏡準直成平行光，再通過衍射光柵色散為分開的波長（顏色）。利用不同波長離開光柵的角度不同，由聚焦反射鏡再成像于出射狹縫。通過電腦控制可精確地改變出射波長。
:4Y 5 光柵基礎(chǔ)
z;&J9r $` 光柵作為重要的分光器件，他的選擇與性能直接影響整個系統(tǒng)性能。為更好協(xié)助用戶選擇，在此做一簡要介紹。
<II>io ; 光柵分為刻劃光柵、復(fù)制光柵、全息光柵等�？虅澒鈻攀怯勉@石刻刀在涂有金屬的表面上機械刻劃而成；復(fù)制光柵是用母光柵復(fù)制而成。典型刻劃光柵和復(fù)制光柵的刻槽是三角形。全息光柵是由激光干涉條紋光刻而成。全息通常包括正弦刻槽�？虅澒鈻啪哂醒苌湫矢叩奶攸c，全息光柵光譜范圍廣，雜散光低，且可作到高光譜分辨率。
<CS,v)4,nH 光柵方程
UQB c$`v 反射式衍射光柵是在襯底上周期地刻劃很多微細的刻槽，一系列平行刻槽的間隔與波長相當，光柵表面涂上一層高反射率金屬膜。光柵溝槽表面反射的輻射相互作用產(chǎn)生衍射和干涉。對某波長，在大多數(shù)方向消失，只在一定的有限方向出現(xiàn)，這些方向確定了衍射級次。如圖1所示，光柵刻槽垂直輻射入射平面，輻射與光柵法線入射角為α，衍射角為β，衍射級次為m，d為刻槽間距，在下述條件下得到干涉的極大值：
78IY&q:v&0 mλ=d（sinα+sinβ）
z
E\~Oa; 定義φ為入射光線與衍射光線夾角的一半，即φ=(α-β)/2；θ為相對與零級光譜位置的光柵角，即θ=(α+β)/2,得到更方便的光柵方程：
"~08<+ mλ=2dcosφsinθ
(w%9?y4Q 從該光柵方程可看出：
gjB(P wx 對一給定方向β，可以有幾個波長與級次m相對應(yīng)λ滿足光柵方程。比如600nm的一級輻射和300nm的二級輻射、200nm的三級輻射有相同的衍射角。
0.^67' 衍射級次m可正可負。
7K24sHw;% 對相同級次的多波長在不同的β分布開。
UrdSo"% 含多波長的輻射方向固定，旋轉(zhuǎn)光柵，改變α，則在α+β不變的方向得到不同的波長。
_u#r;h[ 如何選擇光柵
G~f|Sx 選擇光柵主要考慮如下因素：
bZgFea_>i 刻槽密度G=1/d，d是刻槽間隔，單位為mm。
X/D%
cQ6 閃耀波長
{YIVi:4q 閃耀波長為光柵最大衍射效率點，因此選擇光柵時應(yīng)盡量選擇閃耀波長在實際需要波長附近。如實際應(yīng)用在可見光范圍，可選擇閃耀波長為500nm。
Et;Ubj"+ 光柵刻線
07vzVsQ}p 光柵刻線多少直接關(guān)系到光譜分辨率，刻線多光譜分辨率高，刻線少光譜覆蓋范圍寬，兩者要根據(jù)實驗靈活選擇。
uA\KbA.c;U 光柵效率
kM7 6?M
光柵效率是衍射到給定級次的單色光與入射單色光的比值。光柵效率愈高，信號損失愈小。為提高此效率，除提高光柵制作工藝外，還采用特殊鍍膜，提高反射效率。
=BeJ.8$@VC 光柵光譜儀重要參數(shù)：
sGGi7 % 分辨率(resolution)
8y]{I^ z} 光柵光譜儀的分辨率R是分開兩條臨近譜線能力的度量，根據(jù)瑞利判據(jù)為：
[tJp^?6 * R==λ/Δλ
f3m Qd}<L 光柵光譜儀有實際意義的定義是測量單個譜線的半高寬(FWHM)。實際上，分辨率依賴于光柵的分辨本領(lǐng)、系統(tǒng)的有效焦長、設(shè)定的狹縫寬度、系統(tǒng)的光學(xué)像差以及其它參數(shù)等。
+"VXw2R_ e R∝M.F/W
8@KGc
)k M--光柵線數(shù) F--譜儀焦距 W--狹縫寬度
b Kr73S9 色散
LUA<N : 光柵光譜儀的色散決定其分開波長的能力。光譜儀的倒線色散可計算得到：沿單色儀的焦平面改變距離χ引起波長λ的變化，即：
y6>fK@K~ Δλ/Δχ=dcosβ/nF
r3 ~YGY 這里d、β、F分別是光柵刻槽的間距、衍射角和系統(tǒng)的有效焦距，n為衍射級次。由方程可見，倒線色散不是常數(shù)，它隨波長變化。在所用波長范圍內(nèi)，改變化可能超過2倍。根據(jù)國家標準，在本樣本中，用1200 l/mm光柵色散的中間值（典型的為435.8nm）時的倒線色散。
[XD3}'Aa 帶寬
M{X; H'2 帶寬是忽略光學(xué)像差、衍射、掃描方法、探測器像素寬度、狹縫高度和照明均勻性等，在給定波長，從光譜儀輸出的波長寬度。它是倒線色散和狹縫寬度的乘積。例如，單色儀狹縫為0.2mm，光柵倒線色散為2.7nm/mm，則帶寬為2.7*0.2=0.54nm。
3o_@ 3-Y% 波長精度、重復(fù)性和準確度
*>jJ<8! 波長精度是光譜儀確定波長的刻度等級，單位為nm。通常，波長精度隨波長變化，本樣本中為最壞的情況。
q
