光栅分光的原理



    光栅也称衍射光栅,是利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)的光学元件。它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。光栅的狭缝数量很大,一般每毫米几十至几千条、单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉,形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样,这些锐细而明亮的条纹称作谱线。谱线的位置随波长而异,当复色光通过光栅后,不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱。光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。


光栅的分光原理

    衍射光栅在屏幕上产生的光谱线的位置,可用式(a+b)(sinφ±sinθ)=kλ表示。此式即为光栅方程。式中a代表狭缝宽度, b代表狭缝间距, φ为衍射角, θ为光的入射方向与光栅平面法线之间的夹角, k为明条纹光谱级数(k=0 , ±1 , ±2...... ),λ为波长,a+b称作光栅常数。对于相同的光谱级数k,以同样的入射角θ投射到光栅上的不同波长λ1、λ2、......组成的缓和光,每种波长产生的干涉极大都位于不同的角度位置;即不同波长的衍射光以不同的衍射角φ出射。这就说明,对于给定的光栅,不同波长的同一级主级大或次级大(构成同一级光栅光谱中的不同波长谐线)都不重合,而是按波长的次序顺序排列,形成一系列分立的谱线。这样,混合在一起入射的各种不同波长的复合光,经光栅衍射后彼此被分开。这就是衍射光栅的分光原理。