光栅光谱.ppt

* 提纲 16-5 光栅光谱 ? 光谱的角色散D ? 重级现象 ? 光栅的分辨本领 R 16-6 X 射线衍射 布喇格公式 ? X 射线 ? X 射线晶体衍射 ? 布喇格公式 作业：16-21，16-24 ? 光谱的角色散D 16-5 光栅光谱 光谱学方法随着能量范围的变化相应地发展各种 波谱学技术。下面讨论光谱的三个要素： 对光栅公式： 取微分： 它表征着，同一级光谱中 单位波长间隔的两条谱线 散开角度的大小。 角色散 D 与光栅常数 d 成反比；与光谱级次 k 成正比。 k 越大， 越大， 越小，角色散D 也越大。 棱镜光谱只有按波长次序的一个单一的排列， 无级次可分，称之为零级光谱。 ? 重级现象 上式表明：对于相同的 ，在不同级次上展开的 宽度不同。不同级次的光谱线就会重叠。 当两波长的 光同时满足： 在该衍射方向上两波 长对应的 和 级 重叠，称为重级现象。 棱镜光谱是零级光谱。只有 一个级次，没有重级现象。 实验中常采用“缺级”的方法来克服重级现象。如420nm的第 三级谱线与630nm 的第二级谱线重叠，可用 的光栅 使其第二级谱线缺级，顺利地对420nm的光谱进行测量。也可 用滤色片将630nm的光滤掉（即吸收），来避免重级。 ? 光栅的分辨本领 R 定义恰能分辨的两条谱线的平均波长 与 它们的波长差 之比为光栅的分辨本领 根据瑞利判据：波长为 ? 的第 k 级谱线，能与波长 为 ?+? ? 的第k 级谱线分辨清楚的极限是： 因此： 光栅分辨本领R表征着分辨清楚两条谱线的能力。 光栅的角色散D是描述将谱线散开的能力。 因为谱线都有一定的宽度，散得开不一定 能分辨。能分辨的，不一定散得很开。 例题：光栅A 的dA=2 微米，光栅宽度WA=NA dA=4厘米， 另一光栅B 的 dB=4 微米，光栅宽度 WB=10厘米，现有 波长为 500nm和500.01nm的平面波垂直照射这两块光栅， 选定在第二级工作。 试问：这两块光栅分别将这两条谱线分开多大的角度？ 能否分辨这两条谱线？ 解： 由光栅公式求第二级对应的衍射角 用角色散的定义式求D 光栅A 再求将500.01nm和 500nm双线分开的角度。 光栅B 虽然光栅B将这两条谱线分开的角度小于 光栅A的，但B光栅恰能分辨这两条谱线， 而A光栅则不能分辨。 要分辨500nm和 500.01nm这 两条谱线，需要分辨本领大于： 因为： 结论 16-6 X 射线衍射 布喇格公式 ? X 射线 原子内壳层电子跃迁产生的一种辐射和高速电子 在靶上骤然减速时伴随的辐射，称为X 射线。 其特点是：# 在电磁场中不发生偏转。 # 穿透力强 # 波长较短的电磁波， 范围在0.001nm~10nm之间。 A K 高压 1895年德国的伦琴发现 X射线。 ? X 射线晶体衍射 天然晶体可以看作是光栅常数 很小的空间三维衍射光栅。 1912年劳厄的实验装置，如图： B C P 铅版 天然 晶体 乳胶板 在乳胶板上形成对称分布的 若干衍射斑点，称为劳厄斑。 1913年英国物理学家布喇格 父子提出一种简化了的研究 X射线衍射的方法，与劳厄 理论结果一致。 ? 布喇格公式 A B 1 2 3 d 同一晶面上相邻原子 散射的光波的光程差 零 AD-BC= 0， 它们 相干加强。若要在该 方向上不同晶面上原 子散射光相干加强， 则必须满足： C D M N P 即当 时各层面上的反射光相干加强，形 成亮点，称为 k 级干涉主极大。该式称为布喇格公式。 因为晶体有很多组平行晶面，晶面间的距离 d 各 不相同所以，劳厄斑是由空间分布的亮斑组成。 ? ? ? *