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增高邱
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1 单色仪的定标和光谱测量实验 (1321 室 ) 实验要求 : 实验前准备认真预习 (1) 认真阅读实验讲义或实验教材 (2) 准备预习报告注明 :1 加入自己对实验原理的理解;2 实验课时必须带来, 作为当堂打实验操作分的依据 ;3 认真预习者方可进入实验室进行操作准时进入实验室仔细阅读听讲 (1) 不准迟到, 请假需要提前上交书面申请 (2) 注意保持实验室卫生 (3) 严禁携带零食, 注重仪表! 例如 : 不穿拖鞋等行为 (4) 雨天请将雨伞放置在实验室门外 (1) 认真听讲每个仪器的名称, 作用及使用方法 (2) 阅读实验指导书实验进行时严肃认真, 不得在实验室内打闹嬉戏! 严格遵守操作规程, 严禁手碰透镜等光学仪器的光学面不得直视激光, 以免损伤视网膜! 严禁损坏仪器经指导老师签字或同意后, 并清洁整理完毕方可离开! 实事求是勇于创新 (1) 认真观察分析实验现象 (2) 如实记录实验数据, 不得抄袭积极思考并提出自己的建议或意见实验结束后及时认真完成实验报告!( 实验目的内容实验原理实验仪器实验操作步骤实验结果 ( 包括数据处理分析和现象分析 ) 回答思考题) 下次上课时必须交上, 不得延误!

2 单色仪的定标和光谱测量实验 (1321 室 ) 实验目的 : (1): 了解光栅单色仪的结构以及工作原理并熟练掌握其使用方法 ; (2): 掌握调节光路准直的基本方法和技巧, 利用钠灯等标准光源对单色仪进行定标 ; (3): 测量红宝石稀土化合物的吸收和发射光谱, 加深对物质发光光谱特性的了解 ; (4): 测量滤波片和溶液的吸收曲线, 掌握测量其吸收曲线或透射曲线的原理和方法实验简介单色仪 (onochroator) 是指从一束电磁辐射中分离出波长范围极窄单色光的仪器按照色散元件的不同可分为两大类 : 以棱镜为色散元件的棱镜单色仪和以光栅为色散元件的光栅单色仪单色仪的构思萌芽可以追述到 1666 年, 牛顿在研究三棱镜时发现将太阳光通过三棱镜时被分解成七色光的彩色光光谱, 牛顿首先将此分解现象称为色散 1814 年夫琅和费设计了包括狭缝棱镜和视窗的光学系统并研究发现了太阳光谱中的吸收谱线 ( 夫琅和费谱线 ) 棱镜的色散起源于棱镜材料折射率对波长的依赖关系, 对多数材料而言, 折射率随着波长的缩短而增加 ( 正常色散 ), 及波长越短的光, 在介质中传播速度越慢 1860 年克希霍夫和本生为研究金属光谱设计完成较完善的现代光谱仪这标志着现代光谱学的诞生由于棱镜光谱是非线性的, 人们开始研究光栅光谱仪光栅光谱仪是利用衍射作为光学元件用光栅衍射的方法获得单色光的仪器, 光栅光谱仪具有比棱镜单色仪更高的分辨率和色散率衍射光栅的可以工作于从数十埃到数百微米的整个光学波段, 比色散棱镜的工作波长范围宽此外在一定范围内, 光栅产生的是均排光谱, 比棱镜光谱的线性要好的多它也可以从复合光的光源 ( 即不同波长的混合光的光源 ) 中提取单色光, 即通过光栅一定的偏转的角度得到某个波长的光, 并可以测定它的数值和强度因此可以进行复合光源的光谱质量分析实验原理光栅光谱仪是利用衍射作为色散元件, 因此光栅作为分光器件就成为决定光栅光谱仪的性能的主要因素 1 衍射光栅: 现代衍射光栅的种类非常多, 按照工作方式分为反射光栅和透射光栅 ; 按照表面形状可分为平面光栅和球面光栅 ; 按照制造方法可分为刻划光栅复制光栅和全息光栅 ; 按照刻

3 划形状可分为普通光栅闪耀光栅和阶梯光栅等在光谱仪中, 多使用各种形式的反射光栅以下以反射光栅为例作介绍在一块平整的玻璃或者金属片的表面刻划出一系列平行等宽等距离的刻线, 就制成了一块透射式或者反射式的衍射光栅, 如图 1 所示反射式衍射光栅 : 图中 b 为刻划宽度,d 为两相邻刻划线间的距离, 称为光栅常数一般的光栅的刻划密度在每毫米数百线到数千线之间, 一块中等尺寸的光栅总的刻划线在左右图 1 反射式衍射光栅 (1) 工作原理 : 入射光照射在光栅上时, 光栅上每条刻划线都可看成为一宽度极窄的线状发光源由于衍射效应, 这种极窄光源发出的光分布在空间很大的角度范围内 ( 并不遵循光学反射定律 ) 但是不同刻划线发出的光有一定的相位差, 由于干涉效应, 使入射光中不同波长成分分别出现在空间不同方向上, 也就是说入射光发生了色散由此可见, 衍射光栅的色散实质上是基于单个刻划线对光的衍射 ( 单缝衍射 ) 和不同刻划线衍射光之间的干涉 ( 多缝干涉 ), 并且多缝干涉决定各种波长的出射方向, 单缝衍射则决定它们的强度分布 (2) 光栅方程衍射出来设有一束光以入射角 0 射向一块衍射光栅, 则只有满足下式的一些特殊角度下, 才有光束 d(sin sin ) (1-1) 0 上式即为著名的光栅方程, 式中, 0 为入射角, 为衍射角,d 为光栅常数, 0, 1, 2,, 称为衍射级次式中正负号的使用规定是 : 当 0 和在光栅法线同侧时, 取正号, 反之, 则取负号

根据光栅方程, 可以分析出在单色光复色光入射的情况下, 光栅衍射光的特点 :(a) 单色光入射时, 光栅将在 (2+1) 个方向上产生相应级次的衍射光其中只有 =0 的零级衍射光才是符合反射定律的光束方向, 其他各级衍射光军对称地分布在零级衍射光的两侧级数越高的衍射光, 离零级衍射越远 (b) 复色光入射时, 同样产生 (2+1) 个级次的衍射光但是在同一级衍射光中,

4 根据光栅方程, 可以分析出在单色光复色光入射的情况下, 光栅衍射光的特点 :(a) 单色光入射时, 光栅将在 (2+1) 个方向上产生相应级次的衍射光其中只有 =0 的零级衍射光才是符合反射定律的光束方向, 其他各级衍射光军对称地分布在零级衍射光的两侧级数越高的衍射光, 离零级衍射越远 (b) 复色光入射时, 同样产生 (2+1) 个级次的衍射光但是在同一级衍射光中, 波长不同的光衍射角又各不相同, 长波长的衍射角大就是说, 复色光经光栅衍射后产生的是 (2+1) 个级次的光谱当 =0 时, 不管什么波长都将在的方向衍射出来, 即零级光谱是没有色散的图 2 给出了在复色光入射下, 衍射光栅产生各级光谱的情形从图中下部给出的光栅光谱可以看出, 各级光谱之间有一定的重叠例如波长 600 n 的一级衍射光, 波长为 300 n 的二级衍射光和波长为 200 n 的三级衍射光, 都出现在同一衍射方向上理论上, 各级光谱是完全重叠的, 即波长为的一级衍射光, 将和波长为的级衍射光出现在同一衍射方向上实际上, 由于被测光源的波长和光谱仪及探测器的响应总有一定的范围, 因此谱级重叠情况不会像理论预计那样严重但是实际测量中, 确实要注意由于邻近谱级重叠所造成的干扰 (3) 强度分布图 2: 衍射光栅的光谱

5 光栅方程只说明了各级衍射的衍射方向, 下面再来分析一下这些衍射光的强度分布情况, 按照多缝衍射的理论, 在强度为 I 0 的入射光照射下, 光栅衍射光的强度分布为 : 2 2 sin sin ( N ) I I A B I sin (1-2) 式中, b sin 0 sin (1-3) d sin 0 sin (1-4) 式 (1-2) 中的 A 为单缝衍射对光强的分布影响, 称为单缝衍射因子 ; B 为多缝干涉对光强分布的影响, 称为多缝干涉因子如图 3(b) 所示, 多缝干涉因子决定各级衍射方向光栅衍射光的实际强度和方向则如图 3(c) 所示, 相当于多缝干涉因子受单缝衍射因子调制的结果即 (1-2) 所表示的情况图 3: 衍射光栅衍射光的光强分布从图 3 中还可以看出, 在一些单缝衍射因子为零的位置上, 多线宽度为 d, 刻线宽度为 b 的光栅, 所缺级数为 n d b,n=1,2,3, 在图 3 中, db 3, 故缺少 3,6,9 等级次以上的分

6 析是针对单色光入射的情况对于复色光入射, 每个衍射级次均对应为一光谱图 4 给出了入射光 ' 中包含和两种波长, 并考虑 =0,1,2,3 共四个光谱级的情况图 4: 衍射光栅的各级光谱的光强分布 2 光栅的色散和分辨本领 (1) 光栅的角色散 : 从光栅方程可以得到光栅的角色散为 : d (1-5) d dcos 由此式可以看出 :(a) 光栅的角色散与衍射级次成正比, 故使用较高的衍射级次可以得到较大的角色散 ;(b) 角色散和光栅常数 d 成反比, 即刻划线密度大的光栅角色散大 ;(c) 角色散与 cos 成反比对于给定的光栅和级次, 衍射角越大, 角色散越大但是, 当衍射角较小时 ( 即在光栅法线附近 ), cos 1, 则式 (1-5) 可变为 : d d d (1-6) 即光栅的角色散与波长无关这就是光栅产生均排光谱的原因和条件光栅的线色散 : 线色散定义为聚焦平面上沿光谱展开方向单位长度对应的光谱宽度, 单位是 n/, Å/,c -1 / 以两台线色散不同的光谱仪为例, 其中一台将一段 0.1n 宽的光谱衍射展开为 1, 而另一台则将 10n 宽的光谱衍射展开为 1 很容易想象, 精细的光谱信息更容易通过第一台光

7 谱仪得到, 而非第二台相比于第一台的高色散, 第二台光谱仪只能被称为低色散仪器线色散指标反映了光谱仪分辨精细光谱细节的能力中心波长在垂直衍射光束方向的线色散可表示为 : 6 d 10 cos n/ (1-7) dx knl B 式中 L B 为等效出射焦距长度, 单位, 而 dx 是单位间隔, 单位单色仪中,L B 为聚焦镜到出口狭缝的距离, 或者当光栅为凹面型时光栅到出口狭缝的距离因此, 线色散与 cos 成正比, 而与出射焦长 L B 衍射级数 k 以及刻线密度 n 这些参数成反比 (2) 光栅的分辨率 : 光栅衍射谱线的角宽度由多缝干涉因子决定, 为 : (1-8) Nd cos ' 波长为和的两谱线经光栅衍射后产生的角距离由式 (1-5) 计算得为 : ' d cos (1-9) 根据瑞利判据, 要把上述两条谱线分开, 最少需使式 (1-7) 和 (1-8) 相等, 由此得到光栅的分辨率为 : N (1-10) 上式 (1-10) 说明, 光栅的总刻划线数 N 越多, 使用的级数越高, 则分辨率越高为进一步说明光栅的分辨率和各种因素的关系, 利用光栅方程, 将 (1-9) 改为 : W sin 0 sin (1-11) 式中 W N d 为光栅的几何宽度式 (1-11) 中括号内项的最大值为 2, 因此不管 N 多大, 光栅的分辨率最高只能达到 2W 这说明, 单靠增加 N 来提高光栅的分辨率是有限制的原因是 : 从光栅方程可见,d 不能小于 ;d 比波长小时, 光栅的反射作用加强因此只有在提高 N 的同时也 2 增大光栅宽度 W, 才是提高光栅分辨率的有效方法

8 3 闪耀光栅闪耀定义为将一段光谱的衍射最大转移到其他衍射阶次而非零阶通过特殊设计, 闪耀光栅能够实现在特定波长的最大衍射效率一片光栅的闪耀波长取决于刻槽几何尺寸的选择闪耀光栅是以磨光的金属板或镀上金属膜的玻璃板为坯子, 用劈形钻石尖刀在其上面刻画出一系列锯齿状的槽面 ( 其槽面为直角三角形 ) 形成的光栅 ( 注 1: 由于光栅的机械加工要求很高, 所以一般使用的光栅是由该光栅复制的光栅 ) 其槽面和光栅平面之间的有一个锐角称为闪耀角然而,110 的顶角在闪耀全息光栅中同样可能出现选择不同的顶角大小能够优化光栅的整个效率曲线闪耀光栅的几何尺寸可以通过满足 Littrow 条件的情况下计算得到 Littrow 条件是指入射光和衍射光处于自准直状态 ( 如入射角 = 衍射角 ), 即入射光线和出射光线沿同一路径如图 5 所示通过调整倾角和选择适当的入射条件, 它可以将单缝衍射因子的中央主极大调整到多缝干涉因子的较高级位置上去, 即我们所需要的级次上去因为多缝干涉因子的高级项 ( 零级无色散 ) 是有色散的, 而单缝衍射因子的中央主极大集中了光的大部分能量, 这样做可以大大提高光栅的衍射效率, 从而提高了测量的信噪比图 5: 闪耀光栅当入射光与光栅面的法线 n 的方向的夹角为 ( 见图 2) 时, 光栅的闪耀角为 b, 取一级衍射项时, 对于入射角为, 而衍射角为时, 光栅方程式为 :

9 d sin sin ( ) 因此当光栅位于某一个角度时 ( 一定 ), 波长与 d 成正比本次实验所用光栅 ( 每毫米 1200 条刻痕, 一级光谱范围为 200 n 900n, 刻划尺寸为 ) 当光栅面与入射平行光垂直时, 闪耀波长为 570 n 由此可以求出此光栅的闪耀角为当光栅在步进电机的带动下旋转时可以让不同波长以现对最强的光强进入出射狭缝, 从而测出该光波的波长和强度值 ( 注意计算时角度的符号规定和几何光学方向为闪耀波长的方向 ) 图 6 即为将衍射极大从零级 ( 图 6(a)) 调整到一级 ( 图 6(b)) 的情况从这种意义上看, 普通光栅也是一种闪耀光栅, 只不过闪耀发生在没有色散的零级上此外闪耀也是多级次的, 即对应于一级的闪耀, 必然对二级的, 三级的闪耀发生闪耀的波长称为闪耀波长, 用表示由此可知, 闪耀波长和光栅常数和入射条件均有关图 6: 闪耀光栅的光谱吸收曲线测量原理 : 当一束光入射到有一定厚度的介质平板上时, 有一部分光被反射, 另一部分光被介质吸收, 剩下的光从介质板透射出来设有一束波长为, 入射光强为 I 0 的单色平行光垂直入射到一块厚度为 d 的介质平板上, 如图 7 所示如果从界面 1 射回的反射光的光强为 I R, 从界面 1 向介质内透射的光的光强 I 1, 入射到界面 2 的光的光强为 I 2, 从界面 2 出射的透射光的光强为 I T, 则定义介质板的光谱外透射率 T 和介质的光谱透射率 I i 分别为

但都应将它们理解为光谱量光谱透射率 T i 与波长的关系曲线称为透射曲线在介质内部 ( 假定介质内部无散射 ), 光谱透射 Ti 与介质厚度 d 有如下关系 : Ti d e

10 T I T (1-13) I 0 T i I I 2 (1-14) 1 这里的 I R,I 1,I 2 和 I T 都应该是光在界面 1 和界面 2 上以及介质中多次反射和透射的总效果图 7 一束光入射到平板上通常, 介质对光的反射, 折射和吸收不但与介质有关, 而且与入射光的波长有关这里为简单起见, 对以上及以后的各个与波长有关的量都忽略波长标记, 但都应将它们理解为光谱量光谱透射率 T i 与波长的关系曲线称为透射曲线在介质内部 ( 假定介质内部无散射 ), 光谱透射 Ti 与介质厚度 d 有如下关系 : Ti d e (1-15) 式中, 称为介质的线性吸收系数, 一般也称为吸收系数吸收系数不仅与介质有关, 而且与入射光的波长有关吸收系数与波长的关系曲线称为吸收曲线设光在单一界面上的反射率为 R, 则透射光的光强为

11 I I I I I T T1 T2 T3 T4 2 d d d d I0(1 R) e I0(1 R) R e I0(1 R) R e I0(1 R) R e I R e R e R e R e (1-16 ) 2 d 2 2 d 4 4 d 6 6 d 0(1 ) (1 ) 2 d I0(1 R) e 2 2 d 1 R e 式中,I T1, I T2, 分别表示光从界面 2 第一次透射, 第二次透射, 的光的光强所以 T 2 d IT (1 R) e 2 2 d I0 1 R e (1-17) 通常, 介质的光谱透射率 Ti 和吸收系数是通过测量同一材料加工成的 ( 对于同一波长相同 ), 表面性质相同 (R 相同 ) 但厚度不同的两块试样的光谱外透射率后计算得到的设两块试样的厚度分别为和, >, 光谱外透射率分别为和由 (1-17) 式可得 d2 2 2 d1 T2 e (1 R e ) d1 2 2 d2 T e (1 R e ) 1 (1-18) 一般 R 和都很小, 故上式可近似为 T T 2 1 ( d2 d1) e (1-19) lnt d lnt d 所以 (1-20) T2 比较 (1-19) 式和 (1-15) 式可知厚度为时的光谱透射率为 : Ti (1-21) T 1 在合适的条件下, 单色仪测量输出的数值与照射到它上的光的强度成正比所以读出测量的强度就可由下式计算光谱透射率和吸收系数 : T I 2 i (1-22) I1

12 1 ln I I2 d d 2 1 (1-23) 式中,I 2 和 I 1 分别表示试样厚度分别为 d 1 和 d 2 时单色仪测量的强度值实验仪器 : 光栅光谱仪 ( 单色仪 ) 是一个光谱分析研究的通用设备, 其元件主要包括 : 光栅及反射镜, 准光镜和物镜, 入射出射狭缝旋钮, 信号接收设备 ( 光电倍增管 /CCD), 计算机及软件系统, 图 8 给出了典型光栅单色仪的结构图光栅光谱仪 ( 单色仪 ) 可以研究诸如氢氘光谱, 钠光谱等元素光谱 ( 使用元素灯作为光源 ), 也可以作为更为复杂的光谱仪器的后端分析设备, 比如激光喇曼 / 荧光光谱仪光栅由计算机软件控制步进电机驱动, 可以获得较高的精度图 8 光栅单色仪的结构和原理从图 8 可知, 光源或照明系统发出的光束均匀地照亮在入射狭缝 S1 上,S1 位于离轴抛物镜的焦平面上, 光通过 M1 变成平行光照射到光栅上, 再经过光栅衍射返回到 M1, 经过 M2 会聚到出射狭缝 S2, 由于光栅的分光作用, 从 S2 出射的光为单色光当光栅转动时, 从 S2 出射的光由短波到长波依次出现如果 S2 出射狭缝位置连接信号接收设备 ( 光电倍增管 /CCD,), 则可对出射光谱进行数据采集分析 ( 部分内容请参考大学物理实验第二册中的单色仪的使用和调整 )

13 本实验使用的仪器 :WDS-8 型组合式多功能光栅光谱仪, 具体参数 : 焦距 f=500. 光栅条数 :1200 gr/ 狭缝宽度在 0-2 连续可调, 示值精度 0.01 光电倍增管的测量范围 : n;ccd 的测量范围 : n 实验内容与步骤 (1): 光栅单色仪的定标单色仪的定标指的是借助于波长已知的线光谱光源来对单色仪测量的波长进行标定, 校正在使用过程中产生的波长位置误差, 来保证测量的波长位置的准确性定标用光源 : 氦氖激光器 (632.8 n) 低压钠灯 (589.0 n 和 n) 要求设计和调整光路把光导入入射狭缝, 测量时须找出合适的负高压值, 并利用采集程序设定合理的测量范围获取双光谱线 ( 钠灯 ) 完全分离开的光谱曲线并记录负高压值和保存光谱曲线测量低压钠灯的光谱, 钠原子光谱一般可观察到四个线系 : 主线系第一辅线系 ( 又称漫线系 ) 第二辅线系( 又称锐线系 ) 和柏格曼线系 ( 又称基线系 ) 由同一谱线的波数差即可得到钠的里德伯常数 ( 该单色仪可测得谱线的精细结构, 对精细结构处理后即可得到谱线波数 ) 在仪器调整较好的情况下我们可测得主线系的 n 和 n, 锐线系的 n 和 n 以及漫线系的两对谱线 n 和 n, n 和 n 在实验报告处理时可由原子物理的知识可以计算求出钠的里德伯常数 R (2): 红宝石晶体的发射和吸收光谱的测量光源 : 氦氖激光器 (632.8 n), 半导体激光器 (650 n), 高压汞灯, 溴钨灯 ( n),532 n 半导体激光器红宝石是掺有少量 Cr 的 Al 单晶,Cr 的外层电子组态为 3d 5 4S 1, 掺入 Al 2 0 3

14 3+ 3+ 晶格后, 失去外层三个电子, 变成三价的 C r 离子, 红宝石晶体的光谱就是 C r 离子在 3d 壳上三个电子发生能级跃迁的反映, 人们根据红宝石晶体的吸收光谱和晶体场 3+ 理论推知 C r 离子参与激光作用的能级结构图如图 9 所示, 图中 4 A 2 是基态, 2 E 能级 (14400 c -1 ) 是亚稳态, 寿命比较长, 约为 3s, 4 F 1 (25000 c -1 ) 和 4 F 2 (17000 c -1 ) 是两个吸收带, 红宝石晶体的激光作用在 2 E 和 4 A 2 能级之间产生, 输出的波长是 694.3n, 由于 2 E 能级的电场分裂, 在 2 E 和 4 A 2 能级之间跃迁对应两条强荧光线 R 1 和 R 2,R 1 线的波长是 n,r 2 线的波长是 n, 由于高能级粒子数少于低能级, 所以激光输出总是 R 1 线图 9:C r 3+ 离子参与激光作用的能级结构

15 红宝石晶体对不同波长的入射光吸收不同, 吸收系数随入射光波长而变化的关系就是吸收光谱特性 Cr 3+ 所吸收中心波长为 n 的蓝紫光而跃迁到强吸收带 4 F 1 态, 也能吸收波长为 n 的黄绿光而跃迁到另一强吸收带 4 F 2 态, 这两个吸收带的带宽都在 n 左右, 与氙灯或汞弧灯的光谱匹配较好要求自己设计和调整光路, 并选取合理的负高压值, 测量出红宝石的发射光谱和吸收光谱实验报告中要求分析红宝石晶体的发光原理以及应用 (3): 滤光片的吸收曲线测量光源 : 溴钨灯 ( n) 要求设计和调整光路, 并在光路中插入滤光片, 选取合适的负高压值, 测量其吸收曲线实验报告中要求分析滤光片的性能和吸光特性 (4): 罗丹明 6G 溶液的发射和吸收光谱测量光源 : 溴钨灯 ( n)532 n 激光器实验使用的激光染料晶体罗丹明 6G 的水溶液和乙醇溶液 (5x10-3 M), 采用比色皿作为样品池要求设计和调整光路, 并在光路中插入样品池, 选取合适的负高压值, 测量其吸收曲线实验报告中要求分析滤光片的性能和吸光特性 (5):LED 灯的光谱测量光源 :LED 灯要求设计和调整光路, 采用透镜聚焦方法, 选取合适的负高压值, 测量其光谱曲线实验报告中要求分析 LED 灯的发光的工作原理和应用

16 思考题 : 1. 如何求出入射狭缝的最佳宽度? 2. 单色仪的理论分辨本领如何计算? 怎样测量单色仪的实际分辨本领? 3. 比较单色仪的理论分辨本领和实际分辨本领, 说明两者差别大的原因 4. 解释光电倍增管的工作原理, 为什么随着副高压的绝对值越大, 采集的灵敏度会显著提高? 5. 说明溴钨灯钠灯和汞灯的光谱的区别和道理?

17 附录 1: 光谱学术语和定义词汇表 boxcar baseline baseline baseline blaze absorbance autonulling chroaticitycolliated soothing drift noise offset wavelength 吸光度自动归零色度准直平滑基线漂移基线噪声基线回归闪耀波长 electric cosine dark diffraction dynaic dark dark current dark noise diffuse corrector counts spectru grating range correction 暗电流暗噪声色散余弦校正器暗光谱衍射光栅动态范围电子暗噪声校正 fixed full width irradiance electronic pattern fluorophore integration fluorescence f-nuber at half calibration noise noise noise coating tie 荧光相对孔径 axiun 绝对辐射校噪声电子噪声固定图形噪荧光涂层积分时间半峰宽准声 order nuerical aperture 数值孔径 sensitivity 灵敏度 optical sorting PAR resolution filters 光合有效辐光学分辨率消高阶衍射滤射光片 signal to shot noise slit noise ratio 散粒噪声狭缝信噪比 photon pixel well quantu noise 光子噪声 depth 像元阱深 efficiency 量子效率 spectral sensor stray light 光谱传感杂散光器 radioetry raan 辐射测量拉曼光谱 ultraviolet triggering coating 触发紫外涂层吸光度 (Absorbance) 吸光度 (absorbance): 是指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的以 10 为底的对数 ( 即 lg(i0/i1)), 其中 I0 为入射光强,I1 为透射光强, 影响它的因素有溶剂浓度温度等等吸光系数与入射光的波长以及被光通过的物质有关, 只要光的波长被固定下来, 同一种物质, 吸光系数就不变当一束光通过一个吸光物质 ( 通常为溶液 ) 时, 溶质吸收了光能, 光的强度减弱吸光度就是用来衡量光被吸收程度的一个物理量吸光度用 A 表示

A=abc, 其中 a 吸光系数, 单位 L/(g c),b 为光在样本中经过的距离 ( 通常为比色皿的厚度 ), 单位 c, c 为溶液浓度, 单位 g/l A=Ecl 影响吸光度的因数是 b 和 c a 是与溶质有关的一个常量此外, 温度通过影响 c, 而影响 A 符号 A, 表示物质对光的吸收程度 lg(i0/i1) 式中 I0 是通过均匀的液体介质的一束平行光的入射光的强度 ;It

18 A=abc, 其中 a 吸光系数, 单位 L/(g c),b 为光在样本中经过的距离 ( 通常为比色皿的厚度 ), 单位 c, c 为溶液浓度, 单位 g/l A=Ecl 影响吸光度的因数是 b 和 c a 是与溶质有关的一个常量此外, 温度通过影响 c, 而影响 A 符号 A, 表示物质对光的吸收程度 lg(i0/i1) 式中 I0 是通过均匀的液体介质的一束平行光的入射光的强度 ;It 是透射光强度 ;T 是透射比 A 值越大, 表示物质对光的吸收越大根据比尔定律, 吸光度与吸光物质的量浓度 c 成正比, 以 A 对 c 作图, 可得到光度分析的校准曲线在多组分体系中, 如果各组分的吸光质点彼此不发生作用, 那么吸光度便等于各组分吸光度之和, 这一规律称吸光度的加和性据此可以进行多组分同时测定及某些化学反应平衡常数的测定在吸光度测定中, 为抵消吸收池对入射光的吸收反射以及溶剂试剂等对入射光的吸收散射等因素, 可选用双光束分光光度计, 并选光学性质相同厚度相等的吸收池分别盛待测溶液和参比溶液

19 色度 (Chroaticity) 光谱仪可以测量样品的色度或颜色色度是一个光度参数 ( 匹配人眼的响应 ), 通常用 CIE 标准坐标表示人眼中有锥体细胞, 它充当一个红, 绿, 蓝颜色传感器, 你看到的每种颜色都是这些细胞综合响应的结果同样的, 光谱仪通过接收这些传感器 ( 根据它的光谱输出 ) 的光度响应来计算样品的颜色, 使其最匹配我们所看到的颜色光谱仪还可以进一步操作, 通过量化所看到的样品的颜色, 进而计算出以下参数 : 相关色温 (CCT) 当绝对黑体发射出光与样品颜色一致时, 黑体的温度与传统意义上的冷光源热光源不同, 光源如果发蓝光可以被表述为冷光源, 如果偏红光可以被表述为暖光源, 然而黑体从红光到黄光到白光到绿光变化时, 温度却逐渐升高一个有很高相关色温的蓝光 LED 看起来比一个有很低色温的红光 LED 更冷色彩饱和度这是测量样品的颜色有多丰富越白的样品, 越接近色度图的中间, 越比接近色度图边缘的样品有更少的色彩饱和度这于饱和度不同主波长在这个波长下, 可以用一条直线从 CIE 颜色图表中的白色中心点穿过 CIE 样品坐标, 打在 CIE 图表边缘上主波长不一定是光谱最高峰的波长色度通常由下面的图表来说明, 它包含了人眼能够感知的每一种色调在图像的边缘 ( 从底角顺时针移动 ), 可见光波长依次增大每一种可以看到的颜色都可以通过图像边缘的波长的颜色叠加而成样品通常会给出 CIE 的 xyz 坐标 ( 通过 x-y 图可以看出 ), 尽管经常用 L*a*b* 图

20 样品的感知颜色将随着入射光的变化而变化, 因此在进行颜色反射率测量时, 表述出你用来照射你的样品的光的信息是很重要的

第２期刘毅等商用节能灯的光谱特性及对人体的危害９５白内障甚至导致白血病和癌症这种紫外线对人体的有害影响可持续１５２５年而大多数人在选择灯具时关注的是其外形的美观或是使用寿命而忽略了灯光本身会不会对人体造成伤害随着生活中大量光源的使用由于不当使用或没有清晰的认识而造

第２期刘毅等商用节能灯的光谱特性及对人体的危害９５白内障甚至导致白血病和癌症这种紫外线对人体的有害影响可持续１５２５年而大多数人在选择灯具时关注的是其外形的美观或是使用寿命而忽略了灯光本身会不会对人体造成伤害随着生活中大量光源的使用由于不当使用或没有清晰的认识而造第２期刘毅等商用节能灯的光谱特性及对人体的危害９５白内障甚至导致白血病和癌症这种紫外线对人体的有害影响可持续１５２５年而大多数人在选择灯具时关注的是其外形的美观或是使用寿命而忽略了灯光本身会不会对人体造成伤害随着生活中大量光源的使用由于不当使用或没有清晰的认识而造成不必要且无法挽回的损失的事件已非常多为了减２少类似的情况发生笔者通过光学多通道分析器定标测量