光纖光譜儀的原理和應(yīng)用

1、廣州標(biāo)旗電子科技有限公司光纖光譜儀的原理和應(yīng)用光纖光譜儀的原理和應(yīng)用光譜學(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。欲了解更詳細(xì)的應(yīng)用信息以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置，請參閱本產(chǎn)品目錄的最后一章——應(yīng)用。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。而在單色儀中通常還包括出射狹縫，讓整個(gè)光譜中一個(gè)很窄的部分照射到單象元探測器

2、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(gè)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（PDA）陣列等，使生產(chǎn)低成本掃描儀和CCD相機(jī)成為可能。美國海洋光學(xué)公司的光譜儀使用的是CCD探測器，可以對整個(gè)光譜進(jìn)行快速掃描而不必移動(dòng)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(hào)光傳導(dǎo)到光譜儀的

3、光學(xué)平臺(tái)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(diǎn)在于系統(tǒng)的模塊化和靈活性。美國海洋光學(xué)公司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(tái)設(shè)計(jì)海洋光學(xué)公司的光譜儀采用CzernyTurner光學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)（如圖1所示）。圖1USB2000光學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)圖信

4、號(hào)光由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的SMA905光纖接口進(jìn)入光學(xué)平臺(tái)，先經(jīng)一個(gè)球面鏡準(zhǔn)直，然后由一塊平面光柵把該準(zhǔn)直光色散，經(jīng)由第二塊球面鏡聚焦，最后光譜的象就被投射到一塊一維線性探測器陣列上。光學(xué)平臺(tái)內(nèi)包括很多元件，使得用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用選擇最合適的配置。這些元件的選擇對光譜儀的參數(shù)影響非常大，如衍射光柵、入射狹縫、消二級(jí)衍射效應(yīng)濾光片和探廣州標(biāo)旗電子科技有限公司樣和光刻過程形成的。美國海洋光學(xué)光譜儀中的光柵既有全息光柵，也有刻劃光柵。光纖光譜儀中的

5、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(shí)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(shí)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(shí)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(hào)都有一個(gè)光柵選擇表。介紹了如何理解這些光柵選擇表。光譜儀的光譜范圍取決于光柵的起始波長和光柵線對數(shù)。波

6、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(tái)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(shí)際光譜范圍越小其他型號(hào)光柵選擇和波長范圍表可咨詢廣州標(biāo)旗電子科技有限公司?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(gè)光譜線分開則至少要把它們成象到探測器的兩個(gè)相鄰象元上。因?yàn)楣鈻艣Q定了不同波長在探測

7、器上可分開的程度（色散），所以它是決定光譜儀分辨率的一個(gè)非常重要的參數(shù)。另一個(gè)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(shí)）。美國海洋光學(xué)公司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(huì)覆蓋幾個(gè)象元。如果要分開兩條光譜線，就必須把它們色散到這個(gè)象尺寸再加上一個(gè)象元。當(dāng)使用大芯徑的光纖時(shí)，可以通

8、過選擇比光纖芯徑窄的狹縫來提高光譜儀的分辨率。因?yàn)檫@樣會(huì)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1是USB4000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(huì)越顯著，波長越長色散效應(yīng)越大（表1），因此在最長波長處會(huì)得到最高分辨率。在“光柵”一節(jié)中還有象元色散圖，您可以用來為您的具體應(yīng)用選擇合適的光柵和分辨率。表1USB4000的分辨

9、率（半峰高寬度nm）刻線狹縫10255010020060011.323.67.212000.450.60.91.73.418000.270.350.541224000.210.280.430.781.56注：以上只是常規(guī)的分辨率，具體要取決于光柵的起始波長；波長越長，光柵色散越大，分辨率越高所選光柵和入射光束的有效寬度（光纖芯徑或入射狹縫）對分辨率的影響如表1所示，表1給出的是USB4000光譜儀的典型分辨率值。請注意，光柵的線對數(shù)越高