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凹面光栅

凹面光栅是1882年罗兰（Rowland）提出的，它是刻划在球面的一系列等距刻槽的反射式衍射光栅。与平面光栅必须借助成像系统来形成谱线不同，凹面光栅在光路中兼具色散和聚焦两种作用，因此在凹面光栅光谱仪中就只有狭缝、凹面光栅和检测器组成，光路紧凑。今天绝大部分直读式光谱仪（包括火花、多通道ICP）均采用凹面光栅作为色散元件，但凹面光栅的像散问题是比较严重的，通过特殊的方式，也可以优化像散和慧差。

平面反射光栅的特点

a) 根据光栅方程，当光栅常数d为定值时，对于同一方向（α一定）入射的复合光在同级光谱（m一定）中，不同波长(有不同的衍射角β与之对应，因而可在不同的衍射方向之获得不同波长的谱线（主极大）。这就是光栅的色散原理。

b) 对一定波长(的单色光而言，在光栅常数d和入射角α固定时，对于不同级次m(m=0 ±1 ±2......)可得到不同角β的衍射光，即同一波长可以有不同级次的谱线（主极大）。

c) 对于复合光，当m=0时，光栅生产商，在β=-α的方向上，任何波长都可使光栅方程成立，即在此方向上，光栅的作用就象一面反射镜一样，将得到不被分光的零级光谱，入射光束中的所有波长都叠加在零级光谱中。当d和α为固定值时，对于不同波长、不同级次的光谱，只要其乘积m(等于上述定值，则都可以在同一衍射角β的方向上出现。

例如，一级光谱中波长谱线和二级谱线、三级谱线......重叠在一起。这种现象称为光谱级次的重叠。它是光栅光谱的一个缺点，对光谱分析不利，辽源光栅，应设法予以清除。在平面光栅光谱仪中，常用不同颜色的滤光片来消除这种级次重叠。同时为了获得足够的光能量，在ICP光谱分析中，平面光栅价格，通常选择第i一级（m=1）或第二级次（m=2）的光谱谱线。

凹面衍射光栅

光栅绝i对衍射效率的理论计算发展的较为完善，至今已提出了许多新的概念与方法，然而测量凹面光栅的相对衍射效率的通用设备却较少提及。目前，凹面光栅的衍射效率测试设备一般采用双单色仪结构，前置单色仪提供单色光，后置测量单色仪对光栅衍射效率进行测量。

美国田纳西州光栅实验室研制了工作在紫外波段的凹面光栅衍射效率测试装置，通过来回移动探测器达到测量不同波长、不同聚焦位置、不同级次的衍射效率目的，然而该装置对待测凹面光栅的衍射效率进行测量时仅能给出分立波长的结果。曲艺利用光栅二级光谱影响反射样品光谱反射率的原理来获得真空紫外波段光栅二级光谱衍射效率，该方法存在测量波长范围较小且需要已知参数较多的问题。

中红外光谱波段凹面光栅衍射效率测试装置，反射光栅，该装置可测量待测凹面光栅的绝i对衍射效率，但是该仪器仅能对单一类型的凹面光栅衍射效率进行测量。此外，传统双单色仪结构的凹面光栅衍射效率测量方法中，待测光栅和标准反射镜出射光谱带宽不一致、光栅叠级、测量过程中光源不稳定性等问题影响光栅衍射效率的测量精度；前置单色仪需要定期进行定标、一次测量只能实现单一波长衍射效率的测量等因素又降低了其测量效率。

针对以上问题，本文提出了一种基于傅里叶光学原理测量凹面光栅衍射效率的新方法，建立了该方法测量凹面光栅衍射效率的数学模型，并对测量中各影响因素进行了仿i真分析。对比传统双单色仪结构，本文方法能够有效避免光源不稳定性、出射光谱带宽不一致、光栅叠级等问题对测量结果的影响，同时具有多波长同时测量、高光通量、高光谱分辨率、高波数精度、抗杂散光强的优势。

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