单色器

单色仪是一种光学设备，它传输机械可选择的窄波段波长的光或从输入处可用的更宽波长范围中选择的其他辐射。

可以产生单色光的设备在科学和光学中有很多用途，因为材料的许多光学特性都取决于波长。 虽然有许多有用的方法可以选择窄波段的波长（在可见光范围内，它被认为是纯色），但没有那么多其他方法可以轻松地从宽范围中选择任何波段。 有关单色仪某些用途的讨论，请参见下文。

在硬 X 射线和中子光学中，晶体单色仪用于定义仪器上的波条件。

单色仪可以利用棱镜中的光学色散现象，或使用衍射光栅的衍射现象，在空间上分离光的颜色。 它通常具有将选定颜色引导至出射狭缝的机制。 通常光栅或棱镜以反射方式使用。 反射棱镜是通过制作一面镜面的直角三角棱镜（通常是等边棱镜的一半）制成的。 光线通过斜边面进入并通过它反射回来，在同一表面被折射两次。 总折射和总色散与在透射模式下使用等边棱镜时发生的情况相同。

色散或衍射只有在光被准直时才可控，也就是说，如果所有光线都是平行的，或者实际上是平行的。 像太阳这样距离很远的光源提供准直光。 牛顿在他著名的实验中使用了阳光。 然而，在实际的单色器中，光源就在附近，单色器中的光学系统将光源的发散光转换为准直光。 尽管一些单色器设计确实使用不需要单独准直器的聚焦光栅，但大多数使用准直镜。 反射光学器件是首选，因为它们不会引入自己的色散效应。

有一些光栅/棱镜配置在简单性和光谱精度之间提供不同的权衡。

• 车尔尼-特纳（下文讨论）
• 帕申龙格
• 老鹰
• 沃兹沃斯
• 埃伯特-法斯蒂
• 利特罗
• 基金

在常见的 Czerny-Turner 设计中，宽带照明源 (A) 对准入口狭缝 (B)。 可供使用的光能大小取决于光源在狭缝（宽×高）所限定空间内的强度和光学系统的接受角。 狭缝位于曲面镜（准直器，C）的有效焦点处，以便从狭缝反射的光线被准直（聚焦在无限远处）。 准直光从光栅 (D) 衍射，然后被另一个反射镜 (E) 收集，该反射镜将现在分散的光重新聚焦在出射狭缝 (F) 上。 在棱镜单色仪中，反射式利特罗棱镜代替了衍射光栅，在这种情况下，光被棱镜折射。

在出射狭缝处，光的颜色散开（在可见光中显示彩虹的颜色）。 因为每种颜色到达出射狭缝平面上的一个单独点，所以有一系列聚焦在平面上的入射狭缝图像。 由于入口狭缝的宽度有限，因此附近图像的部分重叠。 离开出射狭缝 (F) 的光包含所选颜色的整个入射狭缝图像以及附近颜色的部分入射狭缝图像。 色散元件的旋转导致色带相对于出口狭缝移动，使得所需的入口狭缝图像位于出口狭缝的中心。 离开出口狭缝的颜色范围是狭缝宽度的函数。 入口和出口狭缝宽度一起调整。

这种单色器的理想传递函数是三角形。 三角形的峰值位于所选的标称波长处。 附近颜色的强度然后在该峰值的任一侧线性降低，直到达到某个截止值，强度停止降低。 这称为杂散光水平。 截止水平通常约为峰值的千分之一，即 0.1%。

光谱带宽定义为三角形在光达到xxx值一半的点处的宽度（半峰全宽，缩写为FWHM）。 典型的光谱带宽可能是一纳米。