光纤光谱仪*概 述

　　光纤光谱仪通常采用光纤作为信号耦合器件，将被测光耦合到光谱仪中进行光谱分析。由于光纤的方便性，用户可以非常灵活的搭建光谱采集系统。

　　光纤光谱仪的优势在于测量系统的模块化和灵活性。德国MUT的微型光纤光谱仪的测量速度非常快，可以用于在线分析。而且由于采用了低成本的通用探测器，降低了光谱仪的成本，从而也降低了整个测量系统的造价

　　光纤光谱仪基本配置包括包括一个光栅，一个狭缝，和一个探测器。这些部件的参数在选购光谱仪时必须详细说明。光谱仪的性能取决于这些部件的**组合与校准，校准后光纤光谱仪，原则上这些配件都不能有任何的变动。

　　光纤光谱仪*历史研究

　　光谱学是测量紫外、可见、近红外和红外波段光强度的技术。光谱测量被广泛应用于多种领域，如颜色测量、化学成份的浓度测量或辐射度学分析、膜厚测量、气体成分分析等领域。

　　在上世纪九十年代以来，微电子领域中的多象元光学探测器(例如CCD，光电二极管阵列)制造技术迅猛发展，使生产低成本扫描仪和CCD相机成为可能。德国MUT公司的光谱仪使用了同样的CCD(CCD光谱仪)和光电二极管阵列探测器，可以对整个光谱进行快速扫描，不需要转动光栅。

　　光谱仪器一般都包括入射狭缝、准直镜、色散元件(光栅或棱镜)、聚焦光学系统和探测器。而在单色仪中通常还包括出射狭缝，让整个光谱中一个很窄的部分照射到单象元探测器上。单色仪中的入射和出射狭缝往往位置固定而宽度可调，可以通过旋转光栅来对整个光谱进行扫描。

　　光纤光谱仪*产品性能

　　 USB2.0接口，USB供电。 

　　光学分辨率可至～0.035nm(FWHM);分辨率依赖于光栅刻线和狭缝宽度。

　　 多种光栅选择，可对客户需要的波段进行增强。

　　 拥有电子快门，防止探测器饱和。

　　 具有复享科技EX宽谱段技术，PG4000 EX谱段宽度达200-1100 nm。 

　　可选狭缝5, 10, 25, 50, 100和200 nm，狭缝宽度会影响灵敏度和光学分辨率。 

　　可选的高阶滤光片用于滤除二阶及三阶光谱，PG4000 EX采用复享科技EX可变高阶滤光片。

　　 可选探测器聚光镜，用于增强信号收集

　　光纤光谱仪*技术参数

　　光纤光谱仪*优 点

　　数据处理

　　基于不同的测量方法，可以对数据进行处理：***，反射，传输，相对传输，吸收，光学密度，背景衰减等。

　　自动纠错系统

　　TRISTAN 5 对温度敏感的暗电流补偿、噪音的降低和幅度修正等都可以通过光谱仪自动完成。

　　自动曝光时间

　　您不必担心由于曝光时间错误而引起的信号饱和或低信噪比，TRISTAN 5 能自动设置曝光时间。

　　动态扩展

　　由M.U.T 设计的特殊计算法则集成在电子控制板上使得测量的动态范围参数增加到27。

　　记忆存储

　　4MB 的内部记忆可以储存多达100 条光谱。TRISTAN 5 还配有一个Smart Media 卡读取器，可读取128MB 的卡。

　　接口

　　TRISTAN 5 配有USB 1.1、2.0 接口和RS232 串行接口，并且可以用以太网接口替换USB 接口。

　　光纤光谱仪*功能介绍

　　光栅

　　光栅的选择取决于光谱范围以及分辨率的要求。对于光纤光谱仪而言，光谱范围通常在200nm-2200nm之间。由于要求比较高的分辨率就很难得到较宽的光谱范围;同时分辨率要求越高，其光通量就会偏少。对于较低分辨率和较宽光谱范围的要求，300线/mm的光栅是通常的选择。如果要求比较高的光谱分辨率，可以通过选择3600线/mm的光栅，或者选择更多像素分辨率的探测器来实现。

　　狭缝

　　较窄的狭缝可以提高分辨率，但光通量较小;另一方面，较宽的狭缝可以增加灵敏度，但会损失掉分辨率。在不同的应用要求中，选择合适的狭缝宽度以便优化整个试验结果。

　　探测器

　　探测器在某些方面决定了光纤光谱仪的分辨率和灵敏度，探测器上的光敏感区原则上是有限的，它被划分为许多小像素用于高分辨率或划分为较少但较大的像素用于高敏感度。通常背感光的CCD探测器灵敏度要更好一些，因此可以某个程度在不灵敏度的情况下获得更好的分辨率。近红外的InGaAs探测器由于本身灵敏度和热噪声较高，采用制冷的方式可以有效提高系统的信噪比。复享光谱仪依靠来自****光学探测器先进生产商阵容，如Sony,Hamamatsu,Thoshiba等产品技术支持。

　　滤光片

　　由于光谱本身的多级衍射影响，采用滤光片可以降低多级衍射的干扰。和常规光谱仪不同的是，光纤光谱仪是在探测器上镀膜实现，此部分功能在出厂时需要安装就位。同时此镀膜还具有抗反射的功能，提高系统的信噪比。

　　光谱仪的性能主要是由光谱范围、光学分辨率和灵敏度来决定。对以上其中一项参数的变动通常将影响其它的参数的性能。

　　光谱仪主要的挑战不是在制造时使所有的参数指标达到*高，而是使光谱仪的技术指标在这个三维空间选择上满足针对不同应用的性能需求。这一策略使光谱仪能够满足客户以*小的投资获取*大的回报。这个立方体的大小取决于光谱仪所需要达到的技术指标，其大小与光谱仪的复杂程度以及光谱仪产品的价格相关。光谱仪产品应该完全符合客户所要求的技术参数。复享众多类型的光谱仪产品中可以找到适用于各种应用领域的设备而不再需要设计高价格的款型。

　　光谱范围

　　光谱范围较小的光谱仪通常能给出详细的光谱信息，相反大范围光谱范围有更宽的视觉范围。因此光谱仪的光谱范围是必须明确指定重要的参数之一。

　　影响光谱范围的因素主要是光栅和探测器，根据不同的要求来选择相应的光栅和探测器。

　　分辨率

　　光学分辨率是衡量分光能力的重要参数。它取决于在被热敏元件探测时单色光的带宽。三个部件对分辨率有影响：入射狭缝，光栅和探测器像素尺寸。细小的狭缝可以得到更好的分辨率，但降低了灵敏度;高刻划线的光栅增加了分辨率，但降低了光谱范围;较小的探测器像素尺寸增加了分辨率，但降低了灵敏度。

　　由上可见，选择光谱仪的三个重要指标之间具有非常密切的联系。通常我们要了解我们*需要的是什么，根据上述的原则进行狭缝、光栅和探测器的选择。

　　光纤光谱仪*选购指南

　　根据应用领域的不同，用户必须对采用模块化设计的美国海洋光学光谱仪中的多种光学元件和选件进行选择。本节内容就是指导您如何根据您的应用为美国海洋光学光谱仪选择合适的光栅、狭缝、探测器和其它选件。

　　1. 波长范围

　　在为一台光谱仪系统选择**化配置的时侯， 波长范围是决定光栅型号的首先要考虑的重要参数。如果您需要较宽的波长范围，我们建议您使用600 线 / 毫米的光栅(请看光谱仪产品一节中的光栅选择表)。另一个重要元件是探测器的选择。美国海洋光学公司提供了 7 种有着不同的灵敏度特性曲线的探测器型号。对于紫外( UV )波段的应用，可以选用深紫外( DUV )增强型 2048 或者 3648 像素 CCD 探测器。在近红外( NIR )波段，有两种不同的 InGaAs 探测器可以选择。如果您既需要较宽的波长范围同时又需要高分辨率，则多通道光谱仪是*佳的选择。

　　2. 光学分辨率

　　如果您需要很高的光学分辨率 ，我们建议您选择 1200 线 / 毫米或者更高线对数的光栅，同时选择窄狭缝和2048 或 3648像素的CCD探测器。例如，对于Maya 2000pro光谱仪，可以选择10um狭缝来获得*佳分辨率。(请看光谱仪产品部分的光学分辨率表)。

　　3. 灵敏度

　　说起灵敏度 ，重要的是要区分开是光度学中的灵敏度(光谱仪所能探测到的*小信号强度是多少?)还是化学计量学中的灵敏度(光谱仪能够测量到的*小吸收率差)。

　　a. 光度灵敏度

　　对于如荧光和拉曼等需要高灵敏度光谱仪的应用，我们建议选择采用热电制冷型1024×58像素二维面阵CCD探测器的QE65000，而且还要选择探测器聚光透镜、SAG+UPG反射镜、较宽的狭缝(100um或者更宽)，该型号可以采用长积分时间(从7毫秒到15分钟)来提高信号强度，并可以降低噪声和提高动态范围。

　　b. 化学计量灵敏度

　　为了能探测出两个幅值很接近的吸收率数值，不但要求探测器的灵敏度高，还要求信噪比高。信噪比*高的探测器是QE65000光谱仪中的热电制冷型1024×58像素二维面阵CCD探测器，信噪比是1000：1。而通过在广州标旗软件中把多幅光谱图平均也可以提高信噪比，平均次数的增加，会导致信噪比以平方根的速度提高，比如，100次平均可以10倍提高信噪比，达到10000：1了。

　　4.测量时间与数据传输速度

　　光谱仪的数据获取能力可以通过使用阵列型探测器并且不采用运动组件的方式大大提高。然而，对于每个具体应用都有其**化的探测器。如对于需要快速响应的应用，我们推荐使用 USB2000+光谱仪，*小积分时间是1毫秒，是有史以来*快的光纤光谱仪。而对于那些对数据传输时间要求非常严格的应用，我们推荐选择USB2000+光谱仪，通过USB2.0接口每秒钟可以完成1000完整的数据采集

　　光纤光谱仪*典型应用

　　美国海洋光学光谱仪的应用领域非常广泛，如农业、天文、汽车、生物、化学、镀膜、色度计量、环境检测、薄膜工业、食品、宝石检测、LED检测、印刷、造纸、拉曼光谱、半导体工业等。下面介绍一些典型应用。

　　1.颜色测量--色度仪,色度计

　　一般来说，物体和浓稠液体的颜色测量可以使用不同的实验布局，比如使用反射型光纤探头或积分球。在该测量中，可以使用波长范围在380到780nm，分辨率(FWHM)为5nm的光谱仪;此外，还需要白光连续光源和白色反射瓦。对于测量纺织品、纸张、水果、葡萄酒、鸟类羽毛颜色等不同的应用可以使用不同的光纤探头。应用反射光谱的颜色测量的典型实验布局如图所示。

　　2.真空室镀膜过程监控

　　光纤光谱仪为真空室内镀膜过程的监控提供了一种灵活的测量手段，它可以方便地把光引入并引出真空室或洁净工作仓，同时选择镀膜过程分析所需要测量的参数。在实际的在线生产中，可以在工作仓中放置几个探头来检测整个生产过程。图示为真空室镀膜过程监控的典型实验布局。在这里一个反射型光纤探头用来在线监测镀膜过程。氘-卤素灯发出的光被导入真空室并传导到反射探头上，反射光由反射探头传导到光谱仪中;也可以再增加一个通道作为参考测量来补偿光源的波动。