光柵原理是利用多縫衍射原理使光發生色散(分解為光譜)的光學元件。它是一塊刻有大量平行等寬、等距狹縫(刻線)的平面玻璃或金屬片。光柵的狹縫數量很大,一般每毫米幾十至幾千條。單色平行光通過光柵每個縫的衍射和各縫間的干涉,形成暗條紋很寬、明條紋很細的圖樣,這些銳細而明亮的條紋稱作譜線。譜線的位置隨波長而異,當復色光通過光柵后,不同波長的譜線在不同的位置出現而形成光譜。光通過光柵形成光譜是單縫衍射和多縫干涉的共同結果。
衍射光柵在屏幕上產生的光譜線的位置,可用式
表示。式中a代表狹縫寬度,b代表狹縫間距,φ為衍射角,θ為光的入射方向與光柵平面法線之間的夾角,k為明條紋光譜級數(k=0,±1,±2……),λ為波長,a+b稱作光柵數。用此式可以計算光波波長。光柵產生的條紋的特點是:明條紋很亮很窄,相鄰明紋間的暗區很寬,衍射圖樣十分清晰。因而利用光柵衍射可以精確地測定波長。衍射光柵的R=l/Dl=kN。其中N為狹縫數,狹縫數越多明條紋越亮、越細,光柵分辨本領就越高。增大縫數N提高分辨本領是重要課題。
最早的光柵是1821年由德國科學家J.夫瑯和費用細金屬絲密排地繞在兩平行細螺絲上制成的。因形如柵欄,故名為“光柵”。現代光柵是用精密的刻劃機在玻璃或金屬片上刻劃而成的。光柵是光柵攝譜儀的核心組成部分,其種類很多。按所用光是透射還是反射分為透射光柵、反射光柵。反射光柵使用較為廣泛;按其形狀又分為平面光柵和凹面光柵。此外還有全息光柵、正交光柵、相光柵、閃耀光柵、階梯光柵等。
分光原理
可知,對于相同的光譜級數m,以同樣的入射角α投射到光柵上的不同波長λ1、λ2、λ3……組成的混合光,每種波長產生的干涉極大都位于不同的角度位置;即不同波長的衍射光以不同的衍射角β出射。這就說明,對于給定的光柵,不同波長的同一級主級大或次級大(構成同一級光柵光譜中的不同波長譜線)都不重合,而是按波長的次序順序排列,形成一系列分立的譜線。這樣,混合在一起入射的各種不同波長的復合光,經光柵衍射后彼此被分開。這就是衍射光柵的分光原理。
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