3-2 光柵式分光儀

傅立葉轉換紅外光譜儀器的 Fellgent優點，並不適用於短波長的 光譜區域，所以我們使用光柵式分光儀來取得光譜數據。單色光經光 柵繞射產生的各個主級最大值，稱為這單色光的譜線(spectral line)， 各種波長的同級譜線集合構成了光譜。若一束白色光源經光柵繞射，

在光譜裡除中央最大值仍保持白色外，其它各級譜線則構成連續彩色 光譜，在這樣的連續光譜中，各種波長的高級譜線有時會重疊的現 象，若要消除譜線之間的重疊，則要使用特殊的濾光器(filter)。光柵 分光的優點除了譜線頻寬變窄與強度變亮之外，它也能隨著不同波長

的光在不同位置產生各自的譜線(dispersion)，最重要的是它分辨兩鄰 近波長譜線的鑑別率(R=

λ λ

∆

1. 光源：包括鎢絲燈及氘燈兩種。鎢絲燈是可見光和近紅外光輻射 最常見的光源，適用的波長範圍在 350 ~ 2600 nm。此種光源的能 量分佈近似於黑體輻射，因此與溫度有關，進行實驗其操作溫度

約為 2870 K，包覆鎢絲的玻璃封蓋限制其短波長輻射的範圍。氘

燈為量測紫外光區光譜實驗之光源，其適用的波長範圍在 170 ~

375 nm，氘燈產生連續光譜的機制是先形成氘激發分子物種，接

著由激發分子解離成兩個原子物種及紫外光光子。

2. 偵測器：包括光導電度偵測器 (photoconducting detector) 及光電倍 增管 (photomultiplier tube，PMT) 兩種。光導電度偵測器是可見 光與近紅外光區光譜所使用的偵測器，並且我們使用硫化鉛為材 料，其優點是可在室溫下使用。光電倍增管為量測紫外光區光譜 的偵測器。

3. 光路：當光由光源處發出後，先經由兩單光儀 (monochromator) 分 光，以增大角色散提高系統的解析度，再由分光鏡分成兩束光，

其中的一束光不經過樣品，作為校正之用。另一束光則經過樣品

進行反射或穿透的光譜實驗，最後的兩束光再經由凹面鏡和平面 鏡導入偵測器中。我們先使用與樣品尺寸大小相同的空洞作為穿 透實驗的背景校正標準(Tbackground)，在測量樣品的穿透光強度隨波

長的變化(Tsample)，求得正確的穿透光譜：

background sample

out T

T = T ， ^(3.2.1)

在作反射光譜實驗時，光束以與樣品法線方向夾 6 ˚角入射至樣 品，並且利用鋁鏡(Rbackground)作為背景校正標準 (紅外光譜則用金 鏡作背景校正)，再量測樣品反射光的強度(Rsample)，同時採用標準 鋁鏡光譜數據作為修正，最後求得正確的反射光譜。

Alreference background

sample

out R

R

R = R × ， ^(3.2.2)

此外，我們額外加裝降溫裝置 (LT-3-110 Heli-tran liquid transfer refrigeration system)，以傳導冷卻的方式將樣品溫度降至 10 K 左右 的低溫，可藉此進行 10 K ~ 340 K 的全頻光譜量測，儀器構造如圖

3.2.2 所示，基本工作原理如下。

使用氣瓶加壓於存放液態冷劑 (如：液態氦或液態氮) 的儲存 槽，將液態冷劑經由高效率的傳輸管傳送至低溫恆溫器中的熱交換 器，再經過一與樣品座 (sample holder) 連接的冷卻座 (cold stage)，

狀的閥門 (needle valve)，可控制液態冷劑由儲存槽至樣品的流量。