分光测色仪一般由照明系统、准直系统、色散系统、成像系统和接收系统等组成,其中色散系统是其重要组成部分,主要用于将符合光分解为单色光,并对不同波长的光进行分解和测量。本文对分光测色仪色散系统的类型及作用做了介绍。
分光测色仪的组成结构:
1.照明系统
分光测色仪器中光源的光谱分布不是关键因素,但光源必须在仪器的整个波长范围内发出连续的光谱辐射,并且有足够的强度,使每一波长上都具有足够能量,那么在探测器上就有满意的信噪比。可利用透镜或反射镜将光源成像在单色器的入射缝上以提高狭缝的照度,照在入射缝上的光应尽可能均匀。
2.准直系统
准直系统由入射狭缝和准直物镜组成。对于仪器内部的系统而言,入射狭缝成为替代的、实际的光源,限制着进入仪器的光束。入射狭缝位于准直物镜的焦平面上。这样,由它发出的光束经准直物镜后成为平行光束投向色散系统,造成夫琅和费(Fraunhofer)的衍射条件。
3.色散系统
色散系统的作用是将入射的复合光分解为光谱。分光测色仪中色散系统的功能由单色器完成,单色器的功能是输出不同波长单色光的装置。单色器是分光测色仪器中最主要的部分。根据单色器中色散元件的不同可以分为不同的类型。
4.成像系统
成像系统的作用是将空间色散开的各波长的光束汇聚在成像物镜的焦平面上,形成按波长依次排列的狭缝的单色像。
5.接收系统
接收系统的作用是将成像系统焦平面上的光谱能量接收,并检测光谱的强度、波长位置。探测器是接收系统的主要部分。
6.软件系统
计算机软件系统是测色仪器的重要部分,通过计算机软件系统可以进行大量的数据采集和处理,减轻疲劳程度,增强仪器的实时性;提高仪器的自动化程度,甚至使整个仪器的操作、测量、分析完全按程序自动地进行,并用数字或图表形式显示结果;可以对影响仪器精度的某些误差进行自动修正,提高仪器精度;利用计算机高速运算和存储功能,提高仪器的分析、测量速度。
分光测色仪色散系统的常见类型:
分光测色仪色散系统常见的类型有棱镜色散系统、光栅色散系统和干涉滤光片色散系统,以下是它们具体的介绍:
1.棱镜色散系统
棱镜色散系统的工作原理是利用不同波长的光在棱镜材料中折射角不同,使复色光经棱镜折射后按波长顺序分散开来。其中,波长较短的光折射角度大,波长较长的光折射角度小,从而实现光谱分离。但色散能力有限,且对不同波长的光折射率变化不均匀,导致光谱分布不均匀,在高精度测量中存在一定局限性。
2.光栅色散系统
光栅色散系统工作原理是基于光的衍射和干涉原理,当复色光照射到光栅上时,不同波长的光在不同方向上产生衍射条纹,从而将复色光分解为单色光。通过控制光栅的参数和光路设计,可以实现高精度的光谱色散。具有较高的色散分辨率和较宽的光谱范围,能够提供更均匀的光谱分布,适用于高精度的颜色测量和分析。不过,光栅制造工艺复杂,成本较高,且对光路系统的精度要求较高。
3.干涉滤光片色散系统
干涉滤光片色散系统工作原理是利用光在多层介质膜之间的干涉现象,通过设计不同厚度和折射率的介质膜,使特定波长的光能够透过或反射,从而实现对不同波长光的分离。通过组合多个不同中心波长的干涉滤光片,可以获取不同波长的光信号。具有较高的波长选择性和窄带通特性,能够精确地选择特定波长的光进行测量,适用于对特定颜色或波长范围的光进行精确测量。但其光谱覆盖范围相对较窄,通常需要多个滤光片组合使用才能覆盖较宽的光谱范围。
分光测色仪色散系统的作用:
分光测色仪色散系统的作用主要是将复色光分解为单色光,并进行光谱分离,以便对不同波长的光进行测量和分析,具体如下:
1.分解复色光
能将入射的复色光按照波长的不同分解成单色光,就像三棱镜把太阳光分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等不同颜色的光一样。这样可以把混合在一起的各种波长的光分离开来,为后续精确测量和分析不同波长光的特性奠定基础。
2.特定波长选择
色散系统可以使特定波长范围的光通过,而将其他波长的光滤除或阻挡。通过这种方式,分光测色仪可以选择特定波长的光进行测量,从而获得被测物体在不同波长下的反射率、透射率等光学特性数据。这些数据对于准确判断物体的颜色非常关键,因为颜色是由物体对不同波长光的吸收和反射特性决定的。
3.提高测量精度
通过色散系统将光精确分解和分离后,仪器可以针对每个特定波长的光进行单独测量,减少不同波长光之间的相互干扰,从而提高测量的准确性和精度。这对于区分颜色相近的物体或精确测量物体在不同光谱区域的特性非常重要。
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