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第一章 绪论1

1-1 光谱仪器1

1-2 光谱仪器特性2

工作光谱区2

色散率3

分辨率4

光强5

工作效率7

1-3 光谱仪器的分类8

1-4 光谱仪器发展史概述9

光谱仪器的形成阶段10

光谱仪器作为实验室研究工具的阶段11

光谱仪器在工业中应用的阶段即光谱仪器制造工业的形成和发展阶段13

光谱仪器实行光电化、自动化和发展新原理的阶段15

1-5 光谱仪器的应用17

光谱仪器在重工业中的应用18

光谱仪器在轻工业和农业中的应用18

光谱仪器在生物学和医学中的应用19

光谱仪器在物理学和化学中的应用19

光谱仪器在天文学和空间物理学中的应用20

参考文献20

第二章 光谱和光谱技术21

2-1 光谱21

定义21

特性21

测量单位22

2-2 光谱与物质结构23

2-3 光谱的激发29

2-4 光的吸收定律32

2-5 谱线增宽效应34

不同粒子的碰撞效应34

同种粒子的碰撞效应35

电场的作用——斯特克效应35

磁场的作用——塞曼效应37

热运动作用——多普勒效应37

未激发原子的吸收作用——谱线自蚀效应38

2-6 光谱分析39

发射光谱分析39

吸收光谱分析40

赖曼光谱分析40

荧光光谱分析41

原子吸收光谱分析42

参考文献42

第三章 光谱仪器的配用光源43

3-1 火焰、火花和电弧发生器43

火焰43

火花46

电弧48

3-2 气体放电灯源50

气体放电的种类50

气体放电灯源的基本特点51

水银灯51

钠光灯53

铯光灯54

光谱灯55

氢弧灯56

空心阴极灯56

3-3 热辐射光源58

绝对黑体的热辐射定律58

钨丝灯61

能斯脱灯62

硅碳棒63

3-4 激光器和它在光谱仪器中的应用64

激光和普通光64

激光器64

激光在光谱仪器中的应用66

参考文献67

第四章 光谱仪器的色散元件69

4-1 色散原理概述69

透光物质的色散作用69

衍射色散作用69

干涉色散作用69

干涉调制色散作用70

4-2 三棱镜的色散原理70

概述70

三棱镜的分光原理71

最小偏向的条件71

角色散率72

角色散宽度72

增加三棱镜角色散率的途径73

理论分辨率74

角放大率75

4-3 分光棱镜组的色散原理76

角色散率77

角色散宽度77

理论分辨率78

4-4 分光棱镜的种类78

三棱镜78

赖才尔福特棱镜78

直视棱镜79

利脱尔棱镜79

赖才尔福特自准棱镜80

阿贝恒偏向棱镜80

瓦茨沃尔脱棱镜系统80

科纽棱镜82

阿贝棱镜系统83

其他多棱镜组83

棱镜-透镜系统84

费利棱镜84

4-5 棱镜非主截面的色散作用——光谱线的弯曲84

4-6 光线在棱镜中的损失87

4-7 温度对棱镜色散作用的影响88

4-8 制造分光棱镜的材料90

光谱透明区90

色散率90

光学均匀性90

双折射91

化学稳定性91

4-9 分光棱镜的设计97

4-10 反射式平面衍射光栅的色散原理101

概述101

色散原理和公式102

光谱级和自由色散区102

角色散率103

角放大率103

理论分辨率104

非主截面内的色散作用（谱线的弯曲）104

光谱级的强度分布105

4-11 空间反射式平面衍射光栅的色散特性108

概述108

光栅的空间色散方程109

角色散率111

自由色散区111

分辨率111

光谱线的倾斜112

光谱的弯曲112

4-12 反射式衍射光栅的制造113

概述113

机械刻划114

光电刻划117

光栅复制119

全息照相刻划119

4-13 反射式阶梯光栅的色散原理120

概述120

色散原理121

角色散率和色散区121

分辨极限和分辨率122

光谱强度分布123

4-14 陆末-盖克平行板123

4-15 法布里-珀罗干涉色散原理127

概述127

干涉极大值条件127

角色散率和色散区128

光强分布及其与反射膜和介质的关系129

分辨极限和分辨率132

光束渐晕对强度的影响，球面法布里-珀罗干涉仪133

反射面的加工精度对分辨率的影响134

温度对分辨率的影响134

法布里-珀罗干涉仪的主要优缺点135

复合法布里-珀罗干涉仪135

4-16 光谱滤光片137

光学滤光片的种类137

固体吸收滤光片139

干涉滤光片140

干涉滤光片的光谱特性与光束入射角和周围环境的关系146

剩余反射滤光片147

衍射光栅和网格反射滤光片149

磨砂反射滤光片150

散射滤光片151

组合滤光片153

参考文献153

第五章 光谱仪器的成象系统155

5-1 光谱仪器理想成象系统的基本特点155

概述155

线放大率155

视场156

光瞳和相对孔径157

5-2 象差和它的种类，象差在光谱仪器成象系统中的作用157

象差的不可避免性157

单色象差的种类158

球差160

彗差162

象散和象面弯曲163

畸变165

色差165

轴向色差166

倍率色差166

5-3 象差和成象系统的设计166

光谱仪器光学设计的目的和任务166

光谱仪器成象系统的初级象差系数167

光谱仪器成象系统的象差校正要求168

5-4 透射式物镜的设计172

概述172

未消色差物镜176

消色差物镜177

平谱面物镜的设计方法178

5-5 反射式物镜的设计180

概述180

凹球面镜180

凹抛物面镜182

双反射面物镜（卡谢克连物镜）183

5-6 反射式成象系统185

反射式成象系统的特点185

水平成象系统的轮廓概算185

摄谱仪水平成象系统的象差计算187

单色仪水平成象系统的象差计算190

垂直对称成象系统194

自准成象系统196

5-7 凹面衍射光栅理论199

光程差函数199

衍射极大值的条件200

聚焦条件200

凹面光栅光谱的一些特性201

凹面光栅的象差计算203

狭缝象的象散结构205

5-8 凹面衍射光栅成象系统206

罗兰成象系统206

艾伯尼成象系统207

巴森-隆成象系统207

依格尔成象系统208

垂直入射成象系统209

径向成象系统210

掠入成象系统211

谢亚-那米欧卡（Seya-Namioka）成象系统211

欧那卡（Onaka）成象系统212

沃茨握尔成象系统213

凹面光栅的消象散系统214

5-9 色散棱镜和平面光栅在非平行光束中所产生的象差215

色散棱镜在非平行光束中的象差215

平面光栅在非平行光束中的象差216

落入色散元件的光束的非平行性的影响217

参考文献218

第六章 光谱仪器的接收系统220

6-1 概述220

6-2 眼睛和它的主要特性221

眼球的结构221

视觉生理222

眼睛的象差222

眼睛的分辨率222

亮度的对比能力223

视见函数——光谱相对灵敏度224

眼睛的适应性224

6-3 感光材料与它的主要特性225

潜象的构成225

潜象的处理——显影和定影225

乳胶特性曲线226

乳胶的衬度（对比度）226

乳胶的宽容度L226

乳胶的分辨率227

光谱灵敏度227

谱片的背景和谱线的扩散228

乳胶特性曲线的制作法和阶梯减光板229

6-4 摄谱接收法的主要附属设备230

光谱投影仪230

测微光度计231

光谱比长仪231

6-5 光电元件和它的电子线路232

光电元件的基本特性232

内光电效应的光电元件——真空光电管233

外光电效应的光电元件——光电倍增管235

光电倍增管的接线线路和供电237

光电管与光电倍增管的信号与噪音比238

光敏电阻与它的线路240

光电池和它的接线电路240

6-6 热电元件和它的特性242

真空热电堆与它的特性242

热辐射计和它的接线图243

气体接收器和它的结构245

6-7 光电信号的放大246

放大器工作特性的主要指标247

放大器的干扰249

电子管放大器251

半导体（晶体管）放大器254

6-8 光电信号的显示256

参考文献258

第七章 光谱仪器的装校调试260

7-1 概述260

7-2 常用的装校调试仪器261

水准器261

放大镜261

显微镜262

平行光管263

望远镜263

自准平行光管265

经纬仪266

刀口仪266

7-3 主要组件的装校266

狭缝组266

棱镜台与光栅台268

物镜269

7-4 总体装校269

7-5 补角棱镜自准定位法271

7-6 标记定位法273

7-7 五角棱镜定位法和测角定位法275

7-8 刀口法（阴影法）277

工作原理277

反射式物镜位置的校正278

反射镜的装配质量的检查280

7-9 星点法280

星点法的工作原理280

轴上象差对衍射象的影响282

轴外象差对衍射象的影响283

典型的星点彩色衍射象284

7-10 总体精密调试和摄谱精调法286

7-11 凹面光栅光谱仪的装调289

绕x轴转动的成象关系的变化289

绕y轴转动的成象关系的变化289

绕z轴转动的成象关系的变化290

7-12 法布里-珀罗干涉仪的调整291

参考文献291

第八章 光谱仪器的结构设计292

8-1 概述292

结构设计的任务和要求292

结构设计程序293

基准选择和尺寸标注294

8-2 光学零件的结构设计295

透镜295

反射镜297

棱镜297

8-3 狭缝结构的设计298

刀口的设计298

狭缝宽度的调节机构299

狭缝高度的调节300

狭缝倾斜机构302

狭缝的调焦机构302

8-4 光学零件的固定302

滚边固定法302

压圈固定法303

压板固定法305

胶接固定法306

色散棱镜的固定法307

8-5 棱镜和光栅的转动机构308

杠杆传动机构308

蜗轮蜗杆传动机构310

钢带滚轮传动机构310

读数机构311

8-6 凸轮的设计312

8-7 暗盒和板移结构315

参考文献317

第九章 光谱仪器的总体设计318

9-1 总体设计的目的和内容318

9-2 光学系统的选择319

概述319

摄谱仪系统的选择320

单色仪系统的选择322

9-3 接收系统的选择324

9-4 总体结构的安排325

9-5 模型试验和新产品试造328

9-6 实际线色散率的测定329

9-7 实际分辨率和它的测定330

真实谱线宽度α＇？331

衍射宽度α＇？331

几何宽度α＇？332

象差宽度α＇α332

照明光束的相干性对分辨率的影响332

接收系统对分辨率的影响334

摄谱试验法334

干涉测量法335

电磁场分谱法335

偏振分谱法336

光电扫描法337

9-8 杂散光的产生和它的消除338

9-9 产品技术质量标准的制定340

制定产品技术质量标准的必要性340

摄谱仪的主要技术质量标准340

分光光度计的主要技术质量标准340

参考文献341

第十章 看谱仪和摄谱仪342

10-1 看谱仪342

概述342

34W型验钢镜342

工业看谱仪343

10-2 摄谱仪的概述345

一般说明345

棱镜摄谱仪与光栅摄谱仪的比较346

摄谱仪与光电光谱仪的比较347

10-3 摄谱仪的照明系统348

对摄谱仪照明系统的设计要求348

照明方式的分类349

三透镜照明系统的性能和它的设计350

10-4 棱镜摄谱仪352

中型石英摄谱仪353

大型石英自准摄谱仪354

组合式万能玻璃棱镜摄谱仪355

特大型组合式玻璃棱镜摄谱仪358

10-5 光栅摄谱仪361

概述361

平面光栅摄谱仪的光学性能361

平面光栅摄谱仪的结构特点365

固定式大型光栅摄谱仪366

10-6 真空紫外摄谱仪367

应用367

空气对远紫外光谱的吸收367

光学系统的选择368

远紫外光谱区的反射膜369

真空摄谱仪的结构设计371

10-7 超宽光谱范围的光栅摄谱仪371

参考文献374

第十一章 光电直读光谱仪（光电析钢仪和光量计）375

11-1 概述375

应用375

分类375

光电直读光谱分析的基本原理376

电子计算机在光电直读光谱仪器中的应用377

11-2 光电析钢仪378

概述378

内标光道的选择379

分析光道的扫描方法380

光电接收系统381

11-3 光谱的激发和照明系统382

光谱激发过程中的电干扰和它的消除383

氩气在光谱激发中的作用383

氩气火花架和供氩系统385

照明系统386

11-4 光量计的光学系统387

概述387

棱镜光学系统388

平面光栅光学系统389

凹面光栅成象系统389

11-5 光量计的接收系统390

概述390

聚光镜系统391

接收元件392

积分器和控制系统392

放大-记录系统393

11-6 谱线位移的校正和消除395

谱线位移的产生原因395

谱面位移的校正方法396

谱线位移消除的根本办法398

参考文献399

第十二章 单色仪和分光光度计400

12-1 概述400

12-2 单色仪400

透射式单色仪400

反射式棱镜单色仪402

反射式光栅单色仪404

强光单色仪405

12-3 双单色仪406

双单色仪的色散率和分类406

色散相加的双单色仪407

色散相减的双单色仪408

几点设计注意事项409

12-4 多次色散的单色仪系统410

12-5 紫外可见和近红外分光光度计411

概述411

光源和照明系统412

分光系统413

光度光学系统415

接收系统415

荧光分光光度计416

12-6 红外分光光度计417

概述417

双光束红外分光光度计的测量原理419

光源和光度光学系统419

分光系统422

光电接收元件和它的聚光系统425

光电接收系统425

12-7 远红外光栅分光光度计428

概述428

远红外光源和接收元件428

单光束远红外光栅分光光度计429

双光束远红外光栅分光光度计429

参考文献437

第十三章 高分辨率光谱仪（经典干涉光谱仪）439

13-1 概述439

13-2 阶梯光栅摄谱仪439

透射式阶梯光栅摄谱仪439

外平行光反射式阶梯光栅摄谱仪440

内平行光反射式阶梯光栅摄谱仪441

13-3 陆末-盖克板干涉光谱仪442

13-4 法布里-珀罗干涉摄谱仪445

概述445

外平行光法布里-珀罗干涉摄谱仪446

内平行光法布里-珀罗干涉摄谱仪447

会聚光法布里-珀罗干涉摄谱仪448

复合法布里-珀罗干涉摄谱仪448

13-5 法布里-珀罗分光计449

概述449

仪器函数和实际分辨率450

法布里-珀罗分光计的光强和预色散器451

法布里-珀罗分光计的成象系统451

倾斜法布里-珀罗分光计451

变光学厚度法布里-珀罗分光计452

环形和圆孔出射光栏的设计453

变焦距法布里-珀罗分光计455

参考文献455

第十四章 干涉调制光谱仪456

14-1 基本思想456

14-2 栅栏分光计458

概述458

狭缝和栅栏459

单光束栅栏分光计460

双光束红外栅栏分光光度计462

14-3 干涉调幅分光计（SISAM）464

迈克尔逊干涉仪464

选择性调幅原理465

干涉图象的变迹466

设计中几点说明466

14-4 干涉调频光谱仪467

工作原理467

分辨率与立体角468

迈克尔逊干涉调频光谱仪469

片光栅干涉调频光谱仪471

参考文献471

第十五章 光谱仪器的使用和保养472

15-1 概述472

15-2 光学零件的清洗与保养472

15-3 光谱仪器工作环境的要求473

15-4 操作安全474

附表476

附表1 几种常用晶体材料性能表476

附表2 常用晶体材料的折射率表477

附表3 常用晶体的折射率的温度关系表481

附表4 石英玻璃的折射率表483