光谱测量技术的进展

　　0 前言

　　光谱光度学(spectrornetry)是研究光谱测量的科学，包括紫外、可见、红外光谱波段光谱位置、光谱强度、光谱轮廓、光谱辐射寿命、光谱辐射偏振度和光谱辐射相干性的测量，是近代光学计量的重要分支学科。它已广泛应用于信息工程与光电子工业、能源工程、空间工程、资源开发、化工、石油、纺织、冶金及新型材料工业和环境保护。它研究的主要内容有:(l)光谱辐射特性的测量和光谱辐射标准;(2)研究和发展方法与技术;(3)研究和发展光谱测量系统;(4)光谱测量技术的应用。

　　早在原始人类发展时期，就对颜色现象进行了观察，但直到1666年牛顿(Newton)才科学地用玻璃三棱镜进行了著名的太阳色散实验，在屏幕上看到了光谱(Spectrum)，这是有史以来记载的第一次观察太阳光谱。从光谱测量的发展历史来看，大致可以分成如下述的三个时期。

　　1萌芽与发展时期(1666年一19世纪末)

　　牛顿通过实验发现，白光由各种独立颜色的光混合而成，他认为与各种颜色相联系的光微粒会激发以太进入各种特征振动，而红色的感觉对应于以太的最大的振动，紫色则对应于最短的振动。

　　早在1792年，法国的伯格(Bouguer)发明了光度计，用以比较天体的亮度，这种思想后来也用于目视的分光光度测量。1760年朗伯(I_ambert)建立了完整的光度学原则，光度学的诞生，标志着光度学已成为一门独立的学科，这些原则也适用于分光光度测量。

　　1802年，握拉斯顿(Wollaston)观察到太阳连续光谱中的暗线(他误认为是颜色的分界线)，他还首次描述了火焰光谱。1815年，夫琅和费(Fraunhafer)发明了用准直光管、三棱镜、望远镜组成的分光镜(Speetroseope)用狭缝代替了牛顿时期用的针孔，这是光谱仪器制造的一大进展，他用分光镜测量太阳光谱中的暗线，确认了大约700条太阳光谱的暗线，并且用字母A到H标志其中8条暗线。他还用4英寸望远镜和火石玻璃棱镜组成的光谱仪首次观察了恒星的光谱和行星的光谱。

　　小赫舍尔(J.F.Hersehel)研究了盐类的火焰光谱，他发现不同的盐类具有不同颜色的火焰光谱。之后，埃斯屈朗(Angstrom)在1555年发表了一系列金属的光谱，还描述了气体光谱和吸收光谱。通过一系列观察，人们认识到每一种元素有自己标志的发射和吸收光谱。

　　1859年，基尔霍夫(Kirehhoff)指出了光的吸收和发射关系的普遍公式，而且强调了不同元素发射标志谱的重大意义。他指出:“整个物体在相同温度下，对于同一波长线的发射率与吸收率之比是一个常数。”在相同的温度下，气体发射的标志线光谱也是吸收它辐射的线光谱。钠的火焰会吸收比它强的相同的黄光。他认为太阳光谱中的暗线是由于太阳内部发射的连续光谱被太阳周围冷却了的气体中的一些元素的强烈吸收造成的。他发现太阳光谱中的夫琅和费暗线和已知元素的发射线相重合，这个发现在很大程度上证明了地球外星体上的物质和地球组成物质一样，都是由相同的化学元素组成的。他和本生(Bunsen)检验了一些纯金属元素的火焰光谱和火花光谱。他们确认在太阳中存在一些金属元素。基尔霍夫编制了很完整的太阳光谱图和许多金属元素的光谱图，可惜他没根据波长来定位，以致不能用作太阳的标准光谱。1864年哈根斯(Huggins)用分光镜研究星云，揭示了它们的组成结构，并发现行星状星云所发出所两条特殊的绿色谱线，直到1941年才揭示它们属于镍、钙的谱线。之后，1865年他用光谱方法发现一些亮星含有钠钙、镁、秘等元素。