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如何用傅里叶红外光谱仪鉴定宝石傅里叶红外光谱仪工作原理由于利用傅里叶红外光谱仪对不明物质进行分类时，比较便捷，而且无损，对被测物及测试系统的损害风险比较小。
因此它也是特别适合处理宝石类的一些宝贵样品。
利用傅里叶红外光谱仪鉴定的紧要原理是：红外辐射会引起材料的分子振动能级跃迁产生红外光谱我们通过分析光谱中的官能团，就可以得出分子结构。
几乎没有两种物质的红外光谱图是相同的, 所以红外光谱也被称为“指纹谱”。
我也查看了一些相关宝石鉴定的标准和部分文献，总结起来利用傅里叶红外光谱仪的鉴定手段可分为如下几种方式：一. 傅立叶近红外光谱法近红外光谱紧要指范围在12500 ～ 4000 cm— 1波段的红外光谱。
此波段是中红外光谱的倍频和组合带区, 它的特点是穿透本领强，可穿透深度到1mm以上, 而中红外光的穿透本领只能到40m左右。
当翡翠B货表面打蜡较厚时, 中红外光难以穿透蜡层, 无法得到石蜡层以下填充树脂的相关信息, 从而可能产生误判。
近红外光可深入宝玉石1mm以上,树脂、石蜡的光谱信息均不会漏掉, 这样确保了鉴定的精准性。
因此我们可以接受中、近红外双波段的傅立叶红外光谱仪,可以通过察看在7000cm—1左右近红外谱区中水的构态来确定宝石的真伪。
二．衰减反射光谱法：对于较厚的翡翠或使用黄金及白金镶嵌的成品, 红外光难以穿透, 无法采集到透射光谱, 此时需使用漫反射光谱附件。
测试宝玉石表面的红外反射光谱是解决上述问题的一个成熟的方法, 该方法不但可以鉴定宝玉石的填充、改性, 还能得到完整的宝玉石的结构信息, 常用于鉴定宝石的真伪。
三. 透射光谱法：红外光穿透宝玉石可以便利地得到其中物质的结构信息。
以翡翠为例, 通过3200 到2750 cm— 1的波段，我们可以简单地鉴定翡翠内是否存在有机树脂填充物, 并可以辨别是否有染色剂显现, 从而快速辨别翡翠是A货、B货还是C货。
这种方法简便、有效, 常用于红宝石、蓝宝石及钻石等宝玉石的辨别。
第29卷第2期延安大学学报（自然科学版）Vol.29No.2 2010年6月Journal of Yanan University（Natural Science Edition）Jun.2010闪耀光栅衍射图样分析曹冬梅，薛琳娜，朱晓敏（延安大学物理与电子信息学院，陕西延安716000）摘要：通过对闪耀光栅衍射图样的二维展示，强调了单槽衍射“零级”的意义。
首次用三维图演示了特定条件下闪耀光栅仅有一序光谱呈现，入射光波长取闪耀波长时谱线强度有最大值存在，离开闪耀波长时强度逐渐下降；随着入射光波长范围的扩大甚至会出现多序光谱的重叠。
关键词：闪耀光栅；衍射光强；闪耀角；闪耀波长中图分类号：O433.4文献标识码：A文章编号：1004-602X（2010）02-0047-03光栅是重要的分光元件之一，在大多数光谱仪和单色仪中经常用到。
在波动光学的教学中光栅既是难点又是重点。
在现行光学教材中，对平面透射式光栅的讲解是十分详细的［1－4］，并且有相当一部分文献针对平面透射式光栅展开了讨论［5－10］。
相对而言，闪耀光栅衍射图样分析在教材中仅仅提及［1－4］，虽然有部分文献对于闪耀光栅的衍射作了一定的研究［11－13］，但相关讨论数学运算较为复杂［11－12］。
本文借助于Mathematica软件分析了闪耀光栅衍射光强度与闪耀角和入射光波长的关系，用二维图和三维图进行了直观演示，结论明了。
对选定的闪耀光栅而言，它有特定的闪耀角，当选择闪耀波长入射时，衍射图样只存在一列光谱；适当加宽入射光谱范围，可以看到这仅存的一序光谱将以闪耀波长为中心进行展开；当入射光波长范围较宽时将会有多序光谱重叠。
1闪耀光栅的衍射理论以形式简单的三角函数为例，当平行光垂直光栅宏观平面入射时，如图1所示，闪耀光栅的衍射光强分布函数为［3］I（θ）=i0（sinαα）2（sin Nβsinβ）2（1）其中α=πλa［sin（θ－θb）－sinθb］，β=πλd sinθ（2）上式中d———光栅常量，a———单槽衍射宽度，θb———闪耀角，θ为衍射光与光栅宏观平面法线的夹角。
§ 5.2 夫琅和费光栅衍射的傅里叶频谱分析一．屏函数的傅里叶变换1．周期性屏函数的傅里叶变换单缝、圆孔或者光栅，都是使入射波的波前改变，其作用可以用屏函数表示。
有一类应用广泛的衍射屏是衍射光栅，即具有周期性空间结构的衍射屏。
衍射屏具有空间的周期性，而波也具有空间的周期性，即衍射屏函数和复振幅都是空间的周期性函数，那么一定可以从数学上得到新的处理方法。
前面说过的反射、透射或闪耀光栅，可以认为是"黑白型"的。
即一部分使光全部透射或反射、另一部分全部不透光。
是典型的振幅型衍射屏，其屏函数表示为，X方向的透过率表示为其周期性表示为，d为最小的空间周期，即空间周期。
空间频率为。
如果透过率的变化是三角函数形式，即余弦或正弦型的，称为正弦光栅。
如果光栅刻线与y轴平行，则其透过率在X方向作周期性变化，周期为d，空间频率为f，f=1/d。
其屏函数可以写成。
平行光正入射，由于，则透射波的复振幅为。
而，所以，即，透射波实际上变为三列波关于波的方向，为平面波，其波矢在x方向的分量为，方向角为，其余两列波的方向角分别为，。
f为空间频率。
一列波，其空间频率越大，在X方向的波矢分量越大，即对于光轴的角度越大。
所以，对于有限大小的通光孔径，总是空间频率小的波可以通过，空间频率大的波不能通过。
这就是空间滤波的原理。
，0级波，方向，+1级波，方向，-1级波，方向对于一般的周期性的屏函数，可以用傅里叶级数将其展开为一系列正弦和余弦函数的和。
即，，其中，是基频。
或者，，，。
或者，傅里叶系数可以直接求出，的集合为傅里叶频谱，对于周期性的屏函数，的取值是分立的，非周期性的屏函数，的取值为连续的。
对于任何形式的衍射屏或物体，都可以将其看成是一系列空间频谱的叠加。
单色平面波照射到这些物体上，则分解成为一系列向不同方向出射的单色平面波，或者是分立的，或者是连续的。
每一个空间频谱代表一个衍射波。
如果用透镜将不同方向的衍射波汇聚到其像方焦平面的不同位置，得到一系列的衍射斑，则焦平面就是原图像的傅里叶频谱面。
傅里叶光学实验实验目的：加深对傅里叶光学中的一些基本概念和基本理论的理解，如空间频率空间频谱和空间滤波和卷积等．通过实验验证阿贝成像理论，理解透镜成像的物理过程，进而掌握光学信息处理实质．通过阿贝成像原理，进一步了解透镜孔径对分辨率的影响实验原理：我们知道一个复变函数f(x,y)的傅立叶变换为⎰⎰+-=ℑ=dxdy vy ux 2i y x f y x f v u F )](exp[),()},({),(π ( 1 )F (u,v)叫作f(x,y)的变换函数或频谱函数。
它一般也为复变函数，f(x,y)叫做原函数，也可以通过求 F(u,v)逆傅立叶变换得到原函数f(x,y)， ⎰⎰+=ℑ=-dudv vy ux 2i v u F v u F y x f 1)](exp[),()},({),(π （2） 在光学系统中处理的是平面图形，当光波照明图形时从图形反射或透射出来的光波可用空间两维复变函数（简称空间函数）来表示。
在这些情况下一般都可以进行傅里叶变换或广义的傅里叶变换。
逆傅里叶变换公式（2）说明一个空间函数f(x,y)可以表示成无穷多个基元函数exp[i 2π(ux +vy )]的线性叠加，dudv v u F ),(是相应于空间频率u ,v 的权重，F (u ,v )称为f (x ,y )的空间频谱。
.最典型的空间滤波系统—两个透镜（光学信息处理系统或傅立叶光学变换系统）叫作4f 系统，如图1所示，激光经过扩束准直形成平行光照明物平面(其坐标为x 1,y 1)，透过物平面的光的复振幅为物函数f(x 1,y 1),这一光波透镜1到达后焦平面（频谱面）就得到物函数的频谱，其坐标为(u ,v )，再经透镜2 在透镜2的象平面上可以得到与物相物平面 透镜1 频谱面 透镜2 像平面图2.4-1 4f 系统等大小完全相似但坐标完全反转的象，设其坐标为(x 2,y 2)。
此时我们将坐标完全反转后可以认为得到原物的完全相同的象。
闪耀光栅原理及其应用
闪耀光栅是一种新型的宽带反射光栅，其原理是利用玻璃与金属的反射率差异以及材
料表面的微结构来实现反射光的色散，从而实现光谱的分离。
闪耀光栅具有较高的光谱分
辨率、高透过率、小尺寸、易于集成等特点，被广泛应用于光通信、光谱分析、光学成像
等领域。
闪耀光栅的原理是利用玻璃与金属的反射率差异以及材料表面的微结构来实现反射光
的色散。
在闪耀光栅表面特殊加工一定的微结构和金属反射层，当入射光照射到其表面时，部分光被反射，另一部分光被分离出来发生多次反射，并在微结构上发生衍射，产生波长
差异，从而实现光谱的分离。
由于闪耀光栅的反射光通过观测点出射时具有独立的出射角度，这意味着它可以分离
不同角度入射的光，即在非常小的范围内实现光谱的分离。
因此，闪耀光栅具有比传统光
栅更高的光谱分辨率和更宽的光谱带宽。
闪耀光栅的应用领域非常广泛。
在光通信领域，可以通过多个闪耀光栅实现多路复用
和解复用，从而提高信道密度和系统传输容量。
在光谱分析领域，可以利用闪耀光栅实现
高速和高灵敏度的光学光谱分析。
在光学成像领域，利用闪耀光栅可以实现高分辨率的成像，并且可以制造更小、更轻、更便携的光学成像设备。
除了上述应用，闪耀光栅还可以应用于激光腔内分布式反射光栅、光电子器件、光学
传感器、太阳能电池等领域。
随着科技的不断进步和闪耀光栅的不断创新和发展，这种新
型的宽带反射光栅会有越来越广泛的应用。
对透射闪耀光栅的傅里叶分析
【摘要】一般的透射光栅光谱的缺点是，没有色散的零级主极大占去了入射能量中的很大一部分，剩下的能量又要分配到正负各级主极大上，造成用来分析的有色散的那些谱线中只分配到很小的能量。
在实际的应用中，要设法把能量集中分配到所要利用的那级光谱中，闪耀光栅就是为此目的设计的。
研究从不同方向入射透射闪耀光栅的透射函数，利用傅里叶光学，从理论上分析透射闪耀光栅衍射图样的复振幅和光强分布与闪耀角及波长的关系。
【关键词】透射闪耀光栅;闪耀角;波长
Abstract：the general transmission grating spectroscopy of disadvantage is that not the dispersion of the zero level great Lord takes up a large part of the incident energy，the remaining energy to be assigned to all levels of the main great，used for analysis of dispersion of the spectral line caused by assigned to only small fraction of energy.In the actual application，try to focus your energy allocation to have to use the magnitude spectrum，blazed grating is designed for this purpose.Research from different direction incident transmission of blazed grating transmission function，using the Fourier optics，theoretically analyzed transmission blazed grating diffraction pattern of complex amplitude distribution of light intensity and blaze Angle and the relationship between the wavelength.
Keywords：transmission blazed grating;blaze Angle;wavelength
1.引言
最早的光栅要归功于美国天文学家李敦豪斯。
1786年，他在两根由钟表匠制作的细牙螺丝之间，平行地绕上细丝，在暗室里透过它去看百叶窗上的小狭缝时，观察到三个亮度差不多相同的像，在每边还有几个另外的像，“离主线越远，它们越暗淡，有彩色，并且有些模糊。
”他实际上制成了透射光栅，还在费城做了光栅实验。
他制作的最好光栅，约为4.3线/mm。
1801年杨氏在“光的理论”一文中，介绍了他研究光栅的情况，他利用一块刻有相邻间隔约为0.05mm的一系列平行线的玻璃测微尺，当作光栅。
1813年，他认识到所观察到的彩色是由于相邻刻线的微小距离所致。
1821年，夫琅和费发现衍射角与丝的粗细或缝宽窄无关，而只与这两者之和即光栅常量d有关。
1867年卢瑟福设计了以水轮机为动力的刻划机，制作的光栅优于当时最好的光栅;1870年他在50mm宽的反射镜上用金刚石刻刀刻划了3500槽，这是第一块分辨率和棱镜相当的光栅;1877年他制出了680线/mm的光栅。
19世纪80年代，罗兰为了系统地测量光谱线的波长，致力于光栅刻划技术的提高，制成了优良的衍射光栅。
1920年，伍德研究出通过改进光栅刻槽的形状，即利用“闪耀”技术，大大提高光栅的衍射效率。
经过一代又一代物理学家的不懈努力，光栅已成为实用的分光元件，在光谱学研究中发挥了重要作用。
图1 透射闪耀光栅
2.透射闪耀光栅的傅里叶分析
透射闪耀光栅是在玻璃基底上镀一层高反射的金属层，然后用具有特殊形状的刻刀在金属层上等间隔地刻出一系列锯齿状槽面而成。
实际上透射闪耀光栅相当于在光学毛坯上附以折射率为n、顶角为a的N个无限长小棱镜的周期排列，但是在一个小棱镜上不同点衍射光的位相不同，每条衍射光需要乘以一个位相因子。
如图1所示。
图2 光线斜入射到小棱镜上
光强分布为设光线分别从处以斜入射到小棱镜上时，如图3，入射时在面上是等位相面，出射时面是等位相面，因此两束光相应的位相差为：
（1）
因为是入射光线和出射光线的夹角，很小，，因此式（1）可写为：
（2）
（3）
闪耀光栅的透过率函数为：
（4）
设入射光波用振幅为1的单色平面波斜入射（入射角为，于是在衍射拼上的光振动分布为：
（5）
则在观察屏上的光振动分布是的傅里叶变换：
（6）
光强分布为：
（7）
3.计算分析
由（8）式可以看出，透射闪耀光栅在观察屏上最大时，，即：
（8）
为衍射角。
各级主极大位置为：
（9）
其中。
（16）式和（17）式极大值重
合，使第级成为闪耀级次。
这样，即：
（10）
4.结论
由上可知，当光以不同的角度入射时，相当于该闪耀光栅的闪耀波长发生了变化。
具体的变化情况与入射时的角度有关。
参考文献
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