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有一点小广告意思,光谱和光谱仪(继续说说光学)

已有 2328 次阅读 2021-12-22 09:46 |系统分类:生活其它

  书接上回,日常我们可见的颜色是连续的,是许多个光谱的结合体,而物质本身发出的光多数是分离的谱,因为最早采用的光栅来做分光元件,因而得到的多是线状的排列(经典的故事中还是暗线),很像日常的“谱”,所以称为光谱。

  根据这个现象,玻尔猜出了经典原子模型,但不耽误结论,那就是光谱是物质(元素)的表征量,有什么样的物质,就有什么样的谱,同样的,有什么样的谱,就有什么样的物质。从而光谱不再是只送你浪漫的彩虹,还送你那看不见的神秘世界,可以一探物质世界。人们可以通过物质的光谱特性来确定物质,最早的铯、铷,到居里夫人的镭和钋的发现,都是通过光谱来断定,当你发现了有一组谱线与以往已知的谱线不同,那基本上就可以确定有新地物质被发现了。

  现在我们基本上不需要发现新的物质(元素)了,因为元素周期表都填满了,可能不太会有新的元素被发现了,起码这早已不是科学研究的热点。但我们常常想知道我们面对的都是什么物质了。比如我们吃东西时有没有农药、进口东西时有没有违禁品。光谱方法在此时都非常有用,都是可靠并且快速准确的方法,特别是在对象是很难甚至无法采集的时候更为有用,比如对太阳和宇宙中物质的测量分析,比如到火星上去分析物质成份等。这个我们都可以通过光谱的分析来做。

  用来做光谱分析的仪器叫光谱仪。最简单的光谱仪就是用滤光片就好,这种一般叫多光谱光谱仪,精度相对较低。而精度较高的光谱仪叫高光谱光谱仪,多数的分光核心都是一个光栅,一个很象东北平原上垅沟一样的东西被刻在物质的表面,就可以起到棱镜一样的功能,将复合光分解成光谱,但要比棱镜精密很多。还有一种被广泛使用的是傅里叶红外光谱仪,是采用一个动镜或其变形。其存在的问题对光栅来讲,这是个一维的东西,只能做出一条线,因而通常需要在飞机或卫星上使用,才能得到二维的图。而傅里叶红外光谱仪有一个动镜使得其应用领域受到限制。

 刻光栅的机器叫光栅刻划机,我国建国后一共做了七台这样的机器,属于精密机械的顶端。机器都出自长春光机所,前六台都是六十年代前,本世纪在财政部重大仪器支持下(对,你没看错,是财政部支持的),长春光机所做了新的光栅刻划机,宣称每毫米6千对线(说句实话,我也不知道这6千对线是怎么算出来的),项目是验收了,但设备的使用情况不清楚。这肯定是核心元器件的核心制造技术,而且光栅的市场也极大,现在上天的卫星光谱仪都成标配了(可视相机、光谱仪、SAR,最多再加一个视频相机),但估计还是国外品牌的市场。所以我曾经发过朋友圈说现在所长们对光栅机械的研制和光栅产品研制的冷漠不是一种对单位和国家负责任的态度,结果没有一个还在所里的小朋友们点赞、评论或表示看过,便我知道一定是他们酒桌上的一个谈资,哈。

  现现替代光栅和傅里叶光谱仪比较前沿的方法有一种是直接在探测器上镀膜,这种俗称马赛克的方法也就是将滤光片尽量做的小,从而多光谱过渡到高光谱。

  另一种方法就是用液晶片来做分光元件,因为液晶片是二维电控,因而不但直接拿到二维光谱成像,而且是可以做到视频成像(这是传统方法不可能实现的),还没有移动部件,优势明显。不好意思,我现在的团队就在做这个,因而本文可以视为有广告性质的小软文,好在不卖产品,只求合作。



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