最经典的平面光栅光谱仪光路
Czerny-Turner(CT)构型由两面凹面镜(准直镜和聚焦镜)加一块平面光栅组成,光路为:入射狭缝 → 准直凹面镜(把发散光变成平行光)→ 平面衍射光栅(色散)→ 聚焦凹面镜(把不同波长的平行光会聚到焦面)→ 探测器。绝大多数科研级和微型光纤光谱仪都基于这个构型。
由于两面凹面镜都是离轴使用的,会引入彗差和像散,使谱线变宽、变得不对称。CT 设计的核心任务之一,就是让两面镜子的像差互相抵消。
交叉 CT 的改进
标准 CT 中入射臂和出射臂分列光栅两侧,光路呈"W"形;交叉 CT(Crossed Czerny-Turner)让入射光束和出射光束在光栅前方交叉,整体尺寸更小,非常适合微型光谱仪。
如有定制需求,请联系:姚工,1592-808-9752,mylanview@126.com
更重要的是,两面镜子的离轴角和曲率半径可以按 Shafer 条件搭配,使准直镜产生的彗差被聚焦镜产生的彗差抵消:
θ₁、θ₂ 是两镜的离轴角,R₁、R₂ 是曲率半径,α、β 是光栅的入射角和衍射角。因为 β 随波长变化,补偿只在中心波长处完全成立,偏离中心时会留下残余彗差。下面的演示可以直接计算补偿角,并画出残余彗差曲线。
交互演示:交叉 CT 光路与彗差补偿
典型性能与应用
- 焦距从几十毫米(微型光谱仪)到 1000 mm(科研级单色仪)不等,焦距越长分辨率越高、体积越大。
- 配合 150~3600 线/mm 的不同光栅,可覆盖紫外到近红外;扫描型可旋转光栅更换中心波长。
- 交叉结构紧凑,常用于微型光纤光谱仪;非交叉结构便于加挡光板,杂散光更低,多用于科研级拉曼与荧光光谱仪。
CT 构型的另一个固有问题是像散:狭缝的像在垂直方向会被拉长,降低通光效率。高端设计会采用超环面镜、柱面透镜或在光栅前加入校正元件来减小像散。
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光谱仪光路设计与定制
四川森普力科技有限公司可提供基于 Czerny-Turner 构型的标准光谱仪与定制分光光路,按波段、分辨率和体积要求优化光学设计。
- 微型与科研级光谱仪选型
- 定制光谱仪光路与像差优化
- 系统集成与测试