光學(xué)系統(tǒng)中的分光方式是將混合在一起的光分解成具有不同波長的光譜的一種技術(shù)。分光技術(shù)在科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用，包括光譜分析、環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)學(xué)檢測等多個(gè)領(lǐng)域。以下是對光學(xué)系統(tǒng)中幾種主要分光方式的詳細(xì)介紹。

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色散分光

色散分光是通過利用物質(zhì)的色散能力將光分解成不同波長的光譜的一種方式。色散分光的原理是基于光在介質(zhì)中傳播時(shí)，不同波長的光由于折射率的不同而發(fā)生不同程度的偏折，從而將不同波長的光分散到不同的方向。

1.棱鏡分光

棱鏡分光是利用棱鏡的色散原理來實(shí)現(xiàn)分光的。棱鏡由透明材料制成，當(dāng)光線從棱鏡的一邊入射并經(jīng)過棱鏡內(nèi)部時(shí)，由于不同波長的光具有不同的折射率，光線在棱鏡內(nèi)部會(huì)發(fā)生不同程度的偏折，從而將不同波長的光分散開。棱鏡分光適用于可見光和近紅外波段，因?yàn)樵谶@個(gè)譜段內(nèi)，棱鏡材料的透過率較高。棱鏡分光具有光學(xué)效率高的優(yōu)點(diǎn)，但由于棱鏡對光譜的色散是非線性的，并且會(huì)引入額外的像差，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要考慮這些因素的影響。

2.光柵分光

光柵分光是利用衍射現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)分光的。光柵是一種由大量相等寬度、相等間隔的小狹縫組成的光學(xué)元件。當(dāng)光線通過光柵時(shí)，每個(gè)狹縫都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)衍射條紋，并且從各個(gè)狹縫出射的相干波會(huì)發(fā)生干涉，形成組合的干涉-衍射條紋。這些條紋的位置與波長有關(guān)，因此光柵可以作為光譜分光系統(tǒng)的衍射分光元件。光柵分光可以分為透射型和反射型，按面型又可以分為平面、凹面和凸面光柵。光柵分光具有波長范圍廣、光譜分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于需要高分辨率光譜測量的場合。

干涉分光

干涉分光是利用光的干涉現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)分光的。干涉分光的原理是基于兩束或多束相干光波在空間某些區(qū)域相遇時(shí)，由于相位差的不同而發(fā)生干涉現(xiàn)象，形成明暗相間的干涉條紋。通過測量干涉條紋的位置和強(qiáng)度分布，可以獲得物體的光譜信息。

1.邁克爾遜干涉+傅立葉變換

邁克爾遜干涉儀是一種基于干涉原理的光譜測量儀器，它由一個(gè)不動(dòng)鏡和一個(gè)可動(dòng)反射鏡組成。當(dāng)一束光被分成兩束并分別通過這兩個(gè)反射鏡反射后，兩束光會(huì)發(fā)生干涉。干涉光的強(qiáng)度與可動(dòng)反射鏡的微位移相關(guān)，因此可以通過測量干涉光的強(qiáng)度變化來獲得光譜信息。然而，這種方法對機(jī)械掃描精度要求較高，且儀器結(jié)構(gòu)龐大、成本高。為了提高測量的精度和效率，可以采用傅立葉變換光譜儀，它利用光譜像元干涉圖與光譜圖之間的傅立葉變換關(guān)系，通過測量干涉圖并對干涉圖進(jìn)行傅立葉變換來獲得物體的光譜信息。傅立葉變換光譜儀具有多通道、高光通量、高輸出的優(yōu)點(diǎn)，但內(nèi)部掃描鏡的運(yùn)動(dòng)需要較高的精度，機(jī)械加工和調(diào)裝比較困難。

其他分光方式

除了上述幾種常見的分光方式外，還有一些其他的分光方式，如法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具分光、光散射分光等。

1.法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具分光

法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具是一種利用干涉現(xiàn)象進(jìn)行分光的光學(xué)元件。它由一個(gè)透明的平行平板和一個(gè)部分反射鏡組成。當(dāng)光線通過法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具時(shí)，會(huì)在平板內(nèi)部發(fā)生多次反射和干涉，形成明暗相間的干涉條紋。這些條紋的位置與波長有關(guān)，因此可以通過測量干涉條紋的位置來獲得光譜信息。法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具具有分辨率高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，但制作成本較高。

2.光散射分光

光散射分光是利用光在物質(zhì)中散射的現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)分光的。當(dāng)光線通過物質(zhì)時(shí)，會(huì)與物質(zhì)中的粒子發(fā)生相互作用，使光線發(fā)生散射。不同波長的光在散射過程中會(huì)有不同的散射角度和強(qiáng)度分布，因此可以通過測量散射光的強(qiáng)度和角度分布來獲得光譜信息。光散射分光具有非破壞性、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但測量精度和靈敏度相對較低。

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