光纖光譜儀的介紹.doc

光譜儀是一種用于檢測(cè)電磁譜中特定區(qū)域的光特性的儀器。它收集光，然后將其進(jìn)行光譜色散，最后將光信號(hào)重構(gòu)像為一系列的單色影像，從而對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。廣州標(biāo)旗電子科技有限公司是海洋光學(xué)光纖光譜儀全國(guó)總代理,精通光纖光譜儀的拉曼，近紅外等應(yīng)用，咨詢電下圖所示，一個(gè)典型的光纖光譜儀包括以下幾個(gè)主要部分：1.入射狹縫: 將入射的光學(xué)信號(hào)構(gòu)建成一個(gè)明確的物像;2.準(zhǔn)直部分: 使光學(xué)信號(hào)的光線平行。該準(zhǔn)直器可以為透鏡、反射鏡、或色散元件的部分功能，如在凹面光柵光譜儀中的凹面光柵的部分功能;3.色散部分: 通常采用光柵，將平行光在空間上進(jìn)行色散;4.聚焦部分: 收集色散的光學(xué)信號(hào)，使得大部分入射狹縫的單色影像聚焦于焦平面;5.陣列檢測(cè)器: 放置于焦平面，從而檢測(cè)大部分單色影像的光強(qiáng)度。該檢測(cè)器可以是CCD陣列或其它的光檢測(cè)陣列。如何評(píng)價(jià)光譜儀性能? 一個(gè)光譜儀的性能可以用以下六個(gè)參數(shù)來體現(xiàn)： 1. 光譜覆蓋范圍: 光信號(hào)能被光譜儀檢測(cè)到的波長(zhǎng)范圍 2. 光譜分辨率: 能被光譜儀分辨開的最小的波長(zhǎng)差值。 3. 靈敏度: 能被光譜儀檢測(cè)到的最小的光能量 4. 動(dòng)態(tài)范圍: 可被光譜儀測(cè)量到的最大與最小光能量的比值 5. 信噪比: 光譜儀的信號(hào)能量水平與噪聲水平的比值 6.光譜獲取速度:在一定的入射光能量水平下，光譜儀產(chǎn)生可測(cè)量到的信號(hào)并獲得譜圖所需的時(shí)間 對(duì)于光纖光譜儀來說，這六個(gè)參數(shù)是密切相關(guān)，互相影響的光譜覆蓋范圍光譜覆蓋范圍(DeltaLambda,DL)與光譜儀的有效焦距、衍射光柵的刻線數(shù)(groove/mm,g)、檢測(cè)器的寬度(Wd)密切相關(guān)。其計(jì)算公式為：DL = Wd 106 cos(B)/(kgF), 其中k是衍射光柵的衍射級(jí)數(shù), B是衍射光柵的衍射角，F(xiàn)為光譜儀聚焦部分的焦距。從公式可以看出，光譜儀的光譜覆蓋范圍與光譜儀的有效焦距和光柵刻線數(shù)(groove/mm, g)成反比，與光譜儀檢測(cè)器的長(zhǎng)度成正比。另外，光譜覆蓋范圍的中心波長(zhǎng)的選擇對(duì)光譜覆蓋范圍也有一定的影響。光譜分辨率陣列光譜儀的光譜分辨率與光譜儀的光譜覆蓋范圍、狹縫寬度、檢測(cè)器的像元寬度及像元數(shù)密切相關(guān)。其計(jì)算公式為:R=(DL/n)(Ws/Wd) RF其中DL為光譜覆蓋范圍，n為檢測(cè)器像元數(shù)， DL/n 表示了每個(gè)像素點(diǎn)所接收的波長(zhǎng)范圍，因此常稱為像素分辨率。 Ws為狹縫寬度，Wd為檢測(cè)器寬度，RF為分辨率因子，由Ws與Wd的比值決定。 靈敏度光譜儀的靈敏度取決于光譜儀的光通量與檢測(cè)器的光感應(yīng)靈敏度。光譜儀的光通量大小可通過光譜儀的f#來體現(xiàn)，f#越大，其光通量越小，f#越小，其光通量越大。另外光通量與光譜儀的狹縫成正比，狹縫越大，光通量越大，狹縫越小，光通量越小。而檢測(cè)器的光感應(yīng)靈敏度與其材料特性和電子結(jié)構(gòu)相關(guān)。注：有些非科學(xué)級(jí)器件相對(duì)科學(xué)級(jí)器件來說，其量子阱更淺，這使得它與量阱更深的科學(xué)級(jí)器件相比，能在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到飽和，從而使人們誤以為其具有更好的靈敏度。動(dòng)態(tài)范圍檢測(cè)器陣列的動(dòng)態(tài)范圍常常用來作為衡量光譜儀性能規(guī)格的參考。一般來說，檢測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍越大，其所檢測(cè)的光強(qiáng)度范圍越大，光譜儀的信噪比與穩(wěn)定性也就相對(duì)更好。注:不同的器件制造廠家具有對(duì)動(dòng)態(tài)范圍具有不同的定義。對(duì)于非科學(xué)級(jí)淺量阱的器件來說，常常使用飽和信號(hào)與暗噪聲信號(hào)的比值來定義。對(duì)于科學(xué)級(jí)器件來說，則常常采用量阱深度與讀出噪聲的比值來定義。比值越大，動(dòng)態(tài)范圍越高，因此光譜儀性能也就越好。信噪比信噪比是測(cè)得的信號(hào)與疊加在信號(hào)上的噪聲的比值。信噪比與光譜儀的檢測(cè)器性能、電路噪聲和光路雜散光相關(guān)。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來說，光譜儀的信噪比越高，其測(cè)量值的偏差就越小。而且測(cè)量的檢測(cè)限也與信噪比直接相關(guān)。一般來說，測(cè)量的檢測(cè)限就定義為在信噪比為3時(shí)可成功測(cè)量到的信號(hào)水平。光譜獲取速度光譜獲取速度與光譜儀的靈敏度、光譜儀的讀出速度及PC接口速度成正比。光譜儀的讀出速度主要與光譜儀內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器相關(guān)，而PC接口速度是限制光譜獲取速度的一個(gè)重要因素，一般來說，采用USB2.0接口最快可達(dá)到100張譜圖/秒的獲取速度，而RS232接口最多只能達(dá)到2張譜圖/秒的速度(以上速度是基于最短積分時(shí)間的基礎(chǔ)上)光纖光譜儀三大核心部分一般來說，光纖光譜儀主要有三大核心部分，決定了光譜儀的主要性能指標(biāo):1.入射狹縫2.衍射光柵3.檢測(cè)器入射狹縫狹縫直接影響光譜儀的分辨率和光通量。光譜儀的檢測(cè)器最終檢測(cè)到的是狹縫投射到檢測(cè)器上的像，因此狹縫的大小直接影響到光譜儀的分辨率，狹縫越小，分辨率越高，狹縫越大，分辨率越低；另外狹縫是光進(jìn)入光譜儀的門戶，其大小也直接影響到光譜儀的光通量。狹縫越大，光通量越大，狹縫越小，光通量越小。必達(dá)泰克公司目前提供10um, 25um, 50um, 100um, 200um等標(biāo)準(zhǔn)狹縫，同時(shí)也提供狹縫定制服務(wù)衍射光柵衍射光柵將從狹縫入射的光在空間上進(jìn)行色散，使其光強(qiáng)度成為波長(zhǎng)的函數(shù)。它是光譜儀進(jìn)行分光檢測(cè)的基礎(chǔ)，是光譜儀的核心部分。對(duì)于一個(gè)給定的光學(xué)平臺(tái)和陣列式檢測(cè)器，我們可以通過選擇不同的衍射光柵來對(duì)光譜儀的光譜覆蓋范圍，光譜分辨率和雜散光水平進(jìn)行額外的控制。必達(dá)泰克公司提供多種衍射光柵供客戶選用。檢測(cè)器檢測(cè)器是光譜儀的最核心部分，直接決定了光譜儀的光譜覆蓋范圍、靈敏度、分辨率及信噪比等指標(biāo)。一般來說，檢測(cè)器的材料決定了其光譜覆蓋范圍，硅基檢測(cè)器其波長(zhǎng)覆蓋范圍一般為190-1100nm，而InGaAs和PbS檢測(cè)器覆蓋