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光栅分光原理-光栅分光原理共 10 字

光栅分光就像是一台精密的“光学分金库”,它能把一束光打散,让不同颜色的光分开躺好,而不是像棱镜那样靠折射硬掰。光栅实际上是那种粗糙一点的“锯齿条”,也就是一组刻在玻璃要么塑料上密密麻麻的平行凹槽。当光碰到这些锯齿的时候,实际上也像是水往低处流,光波碰到槽口就往下跳,碰到槽底就往上跳,但光波实际上是有波长的,故此跳的过程里会形成干涉。 最近光栅分光最核心的魔法,实际上是“衍射”。
你想想,光往一个障碍物上撞,要是障碍物比光还小,那光儿的波就会绕那会儿,这就是衍射。光栅上的那些槽,要是间距跟光的波长差不多,光一撞上去,它就会在这些槽的顶部和底部之间来回反射,形成一层层叠加的波,这就叫衍射。等光散开赶明儿,这就好比你扔了个球,球在槽里弹来弹去,最终落在不同的格子里。 但这光还没散完呢,还得分颜色。最好办想到的,就是棱镜,它靠的是不同颜色的光在玻璃里跑得快慢不一样,红的不好办变快,紫的好办变快。光栅可不一样,它不靠介质,而是靠物理结构。光被照到光栅上,一局部光往回弹,再往前弹,再往回弹,这就叫一次衍射;再往后弹,叫二次衍射。
这就把光给打散得更细了,让不同颜色的光形成一个个独特的“谱线”。 再细分一点,光实际上还能分成好几把“钥匙”。一种光往回弹,被反射到底部;一种光往回弹,被反射到顶部;还有两种光,一个往回弹一次,一次往回弹,再往回弹;另一种光,一次往回弹,再往回弹,再往回弹。
这就相当于把光给打散成了好几把不同形状的钥匙。再细究下的复杂光栅,那就像是一串串珠子,每一颗珠子都是一个衍射级次。
这就好比你在排队,有人只排第一个位置,有人排两个,有人排三个就连更多。在光栅里,这些不同的排列方式,就对应着不同颜色的光。 在实际测光谱的时候,我们一般会把光往不同的角度打。
要是光往回弹一次,那就在光的直线上;往回弹两次,就往后移一点;往回弹三次,往后移更远一点。
这就好比你站在门口喊话,有人只回应你直接喊,有人回应你一层楼,有人回应你三层楼。我们把这个光往不同角度扫,收集到的光就形成了一个个谱线。 举个例子,假设我们拿一个光栅去测忒阳光。忒阳光这光波大约 500 纳米长,光栅的槽间距要是是 1000 纳米,那光一撞上去,就会在槽的顶部和底部之间反射。
不过出于光忒细了,直接飞都飞不出槽,只能往回弹。
这时候光就形成了衍射。
这时候要是你把光略微往左偏一点,比如偏 30 度,光就会往槽的底部进;要是你往右偏 30 度,光就往顶部进。
这就好比你拿一把尺子去量东西,尺子有两面,你正着量,尺子往回弹一次;你斜着量,尺子往回弹两次。 不过这里有个难题,光往回弹的时候,是有个方向的。
要是光往回弹一次,那是往进的方向;要是往回弹两次,那是往反的方向。
故此我们就得把光往四面八方扫,把光往各个角度打,要么往各个方向扫。
这样一打,光在光栅上就会形成密密麻麻的谱线,然后我们就把这些谱线一个个挑出来,用眼要么相机看点颜色。 这种分光实际上挺了得,出于它不像棱镜那样把光分散开,它是在光的传播过程中直接做文章。棱镜是“折射分色”,光栅是“衍射分色”。棱镜是光在玻璃里跑着路;光栅是光在槽里跳着舞,跳着舞自然就分开了。并且光栅不分色,但它能分光,它能把一束光彻底打散。
要是是白光,光栅能把它拆成红橙黄绿青蓝靛紫七种颜色,每条颜色都是一条独立的线。 实际上光不光分颜色,它还能分辨强度。
比如两束光,一束强一束弱,光栅能分辨出它们哪条是强线,哪条是弱线。并且要是光栅做得细,还能分出大量条线,就连能分出几十条;要是做得粗,能分出几十条。
这就好比你分钱,有的分得细碎,有的分得大块。 光栅分光的技术发展到目前,目前已经挺成熟了。
那会儿我们学物理,光主要靠棱镜,后来才用光栅。目前光栅成了光学仪器里最主流的散裂仪器,不管是光谱仪、星图仪,还是实验室里的激光分析,都离不开光栅。出于光栅分得准,并且分辨率高,能把波长分得清清楚楚。 实际上光栅分光原理并不复杂,只要明白它靠的是光的波动性和衍射效应,加上特定的结构,就能把它散成彩色。它不像棱镜那样依赖介质,而是利用物理结构直接把光打散。通过调整光栅的刻线数和角度,我们能够让光往不同的方向散,形成不同的谱线。
这就像是给光打上了“二维码”,任何一台光能扫出来,不同的角度扫出来,看到的谱线就不同。 故此光栅分光,归根结底就是把光通过衍射功能,利用光栅的周期性结构,把光分解成不同波长和不同强度的多条光带。它用最直接、最物理的方式,实现了光的全方位散射,让原本混在一起的色光,一个个变成了独立的线,静静地躺在光谱上等待被识别。
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