光譜儀原理

1、光纖光譜儀的原理及基礎(chǔ)知識光纖光譜儀的原理及基礎(chǔ)知識20140525光譜學(xué)是測量紫外、可見、近紅外和紅外波段光強(qiáng)度的一種技術(shù)。光譜測量被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，如顏色測量、化學(xué)成份的濃度檢測或電磁輻射分析等。上海辰昶儀器設(shè)備有限公司是國內(nèi)領(lǐng)先的光纖光譜儀的生產(chǎn)廠商，以“光譜引領(lǐng)生活”為理念，致力于為國內(nèi)廣大用戶提供符合國情的一攬子光譜系統(tǒng)解決方案！光譜儀器一般都包括入射狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件（光柵或棱鏡）、聚焦光學(xué)系統(tǒng)和探測器。而在單色儀中

2、通常還包括出射狹縫，讓整個光譜中一個很窄的部分照射到單象元探測器上。單色儀中的入射和出射狹縫往往位置固定而寬度可調(diào)，可以通過旋轉(zhuǎn)光柵來對整個光譜進(jìn)行掃描。在九十年代，微電子領(lǐng)域中的多象元光學(xué)探測器迅猛發(fā)展，如CCD陣列、光電二極管（PD）陣列等，使生產(chǎn)低成本掃描儀和CCD相機(jī)成為可能。光纖光譜儀使用了同樣的CCD和光電二極管陣列（PDA）探測器，可以對整個光譜進(jìn)行快速掃描而不必移動光柵。由于光通信技術(shù)對光纖的需求大大增長，從而開發(fā)了低損

3、耗的石英光纖。該光纖同樣可以用于測量光纖，把被測樣品產(chǎn)生的信號光傳導(dǎo)到光譜儀的光學(xué)平臺中。由于光纖的耦合非常容易，所以可以很方便地搭建起由光源、采樣附件和光纖光譜儀組成的模塊化測量系統(tǒng)。光纖光譜儀的優(yōu)點在于系統(tǒng)的模塊化和靈活性。上海辰昶儀器的微小型光纖光譜儀的測量速度非?？?，使得它可以用于在線分析。而且由于它選用低成本的通用探測器，所以光譜儀的成本也大大降低，從而大大擴(kuò)展了它的應(yīng)用領(lǐng)域。?光學(xué)平臺設(shè)計上海辰昶儀器的光譜儀采用Czerny

4、Turner光學(xué)平臺設(shè)計（如圖1所示）。圖1EQ2000光學(xué)平臺設(shè)計圖如何選擇合適的光柵？衍射光柵是一種把入射的多色光分解成它所包含的單色光的光學(xué)元件。光柵是由一系列等寬等間距的平行凹槽構(gòu)成的，而這些凹槽是在鍍反射膜的基底材料上刻劃制成的。按照凹槽形成方式的不同可以把光柵分成兩種：全息光柵和刻劃光柵?？虅澒鈻攀怯每虅潤C(jī)上的鉆石刻刀在涂薄金屬反射表面上機(jī)械刻劃而成；而全息光柵則是由激光束干涉圖樣和光刻過程形成的。上海辰昶儀器光譜儀中的光柵

5、既有全息光柵，也有刻劃光柵。光纖光譜儀中的光柵要由用戶指定，并永久安裝在光譜儀中。接下來用戶就要說明所需要的波長范圍。有時光柵的標(biāo)稱可用光譜范圍大于照射到探測器上的光譜范圍，這時為了覆蓋更寬的光譜范圍，可選擇雙通道或三通道光譜儀。這些主通道和從通道可以選擇不同的光柵。類似的，雙通道或三通道光譜儀也可以使用戶在更寬的光譜范圍內(nèi)實現(xiàn)更高的分辨率。在光譜儀介紹部分，對于每種光譜儀型號都有一個光柵選擇表。介紹了如何理解這些光柵選擇表。光譜儀的光

6、譜范圍取決于光柵的起始波長和光柵線對數(shù)。波長越長則色散效應(yīng)越大，光柵所覆蓋的波長范圍就越小。而整臺光譜儀的效率則由光纖的傳輸效率、光柵和反射鏡的效率、探測器及其膜層靈敏度的效率共同決定。注：取決于光柵的起始波長；波長越長，光柵色散越大，實際光譜范圍越小?如何選擇最優(yōu)的光學(xué)分辨率？光譜儀的光學(xué)分辨率定義為光譜儀所能分辨開的最小波長差。要把兩個光譜線分開則至少要把它們成象到探測器的兩個相鄰象元上。因為光柵決定了不同波長在探測器上可分開的程度

7、（色散），所以它是決定光譜儀分辨率的一個非常重要的參數(shù)。另一個重要參數(shù)是進(jìn)入到光譜儀的光束寬度，它基本上取決于光譜儀上安裝的固定寬度的入射狹縫或光纖芯徑（當(dāng)沒有安裝狹縫時）。上海辰昶儀器所提供的狹縫尺寸有：5，10，25，50，100，200μm1000μm（高）。在指定波長處，狹縫在探測器陣列上所成的象通常會覆蓋幾個象元。如果要分開兩條光譜線，就必須把它們色散到這個象尺寸再加上一個象元。當(dāng)使用大芯徑的光纖時，可以通過選擇比光纖芯徑窄的

8、狹縫來提高光譜儀的分辨率。因為這樣會大大降低入射光束的寬度。所選光柵和入射光束的有效寬度（光纖芯徑或入射狹縫）對分辨率的影響表在光譜儀產(chǎn)品信息中都有介紹，表3是ST4000光譜儀的典型分辨率表。請注意，光柵的線對數(shù)越高，色散效應(yīng)隨波長變化就會越顯著，波長越長色散效應(yīng)越大（表3），因此在最長波長處會得到最高分辨率。表3中的分辨率是FWHM值，即最大峰值光強(qiáng)50%處（FWHM）所對應(yīng)的譜線寬度（nm）（圖4）。在“光柵”一節(jié)中還有象元色散圖