日立180系列塞曼原子吸收仪的洛匈棱镜

　　洛匈棱镜作为测量光束的起偏器并经过其自身的径向旋转,产生平行于磁场方向的偏振光P∥及垂直于磁场方向的偏振光P⊥,从而实现偏振塞曼原子吸收分析方法。可见,洛匈棱镜是偏振塞曼原子吸收仪器上的一个重要的光学部件。

　　1　洛匈棱镜的结构和起偏原理

　　日立180系列所用的洛匈棱镜是由两块晶轴方向相互垂直的人造水晶棱镜光学接触制成,在棱角的两个端面用胶固定。

　　空心阴极灯的辐射是自然光,通过棱镜就变成了单一方向的线偏振光,其原理如图1所示。

　　根据晶体光学的原理[1],自然界中有些材料具有双折射特性,即一束自然光入射于单轴双折射晶体,只要产生折射一定在晶体内分解为两束光,两束光传播速率不等,都是平面偏振光,而且振动方向互相垂直。如果一束垂直入射晶体的光不发生双折射,这个方向就称为晶体“光轴”,这是因为光波是横波,它的传播方向和振动方向始终是互相垂直的,光束传播方向与光轴一致时,任何方向的偏振光振动方向都与光轴方向垂直,因而不同方向振动的光具有相同的折射率。振动方向与光轴垂直的平面偏振光称为“寻常光”,振动方向与光轴方向平行的平面偏振光称为“异常光”,这个寻常光和异常光当然只是一定的入射光相对于晶体的方向而言的。

　　图1中,入射光束可以分解为两个组成部分,一部分垂直于纸面,一部分平行于纸面,当光束通过A棱镜,晶轴方向和光束传播方向一致,光束的两个偏振成分在这部分晶体中具有相同的折射率,光束不改变传播方向不发生双折射。当光束经过B棱镜时情况发生了变化:垂直于纸面振动的光,因为振动方向和晶轴平行,作为异常光在晶体中传播,对于水晶,寻常光的折射率大于异常光的折射率,因此这光束在通过这两个半块棱镜的面时,由寻常光变为异常光而发生折射,这束光从晶体传播到空气介质时又一次发生折射。而对于振动方向平行于纸面的偏振光,从前半个棱镜到后半个棱镜的传播过程中,光振动方向和晶轴的相对方向没有发生变化,因而折射率相同,光束按照原来的方向前进,这样就完成了分束作用。

　　两束振动方向垂直的偏振光离开棱镜后互相之间的传播夹角称为分束角,显然,这个分束角与入射光波长有关,在300 nm时,这角度约19°。波长增加,分束角越小。在180_60/70/80仪器中棱镜是作为起偏振器,用中心部分不改变方向的光作为测量光束,这是一个振动方向随棱镜而旋转的线偏振光。

　　2　旋转棱镜和光栅偏振性的信号波形

　　洛匈棱镜安装在空心同步电机的轴上,置于光路之中。空心电机以每秒27·5周的频率旋转,因而通过旋转棱镜的辐射是振动方向随之旋转的平面偏振光。当棱镜在某一角度时,通过的是平行于磁场方向的偏振光;棱镜转动90°则通过垂直于磁场方向的偏振光。恒定横向磁场塞曼原子吸收中,讨论是建立在P∥和P⊥分量的基础上。因为异常光和寻常光只是相对于晶体而言,而π光、σ光只在谱线分裂中使用,在我们所用的塞曼仪器中,观察光或者说测量光束处于原来的波长,只是偏振方向发生周期性的变化,即某一时刻测量光束振动方向平行于磁场(样品光束),而在另一时刻测量光束偏振方向垂直于磁场方向(参考光束),因此这种塞曼仪器称为恒定横向磁场偏振调制塞曼原子吸收。