2010.4.29 如何選擇光纖光譜儀

光纖光譜儀基本配置包括一個光柵，一個狹縫，和一個探測器以及探測器的一些附件。這些部件的參數在選購光譜儀時必須詳細說明。光譜儀的性能取決于這些部件的精確組合與校準，校準后的光纖光譜儀，原則上這些配件都不能有任何的變動。光纖光譜儀的光學結構是典型的非對稱式Czerny-Turner（柴爾尼-特納）結構,絕大部分的光纖光譜儀均采用以上結構。其中光柵前的個分光鏡被稱為準直鏡，用于將發散的光束轉為平行準直光，此鏡片還可以減少光在入射時的雜散光。光柵后面為聚焦鏡，用于將分散的光聚焦于探測器。

光柵

光柵的選擇取決于光譜范圍以及分辨率的要求。對于光纖光譜儀而言，光譜范圍通常在200nm-2550nm之間。由于要求比較高的分辨率就很難得到較寬的光譜范圍；同時分辨率要求越高，其光通量就會偏少。對于較低分辨率和較寬光譜范圍的要求，300線/mm的光柵是通常的選擇。如果要求比較高的光譜分辨率，可以通過選擇1200線/mm以上，甚至3600線/mm的光柵，或者選擇更多像素分辨率的探測器來實現。

另外現在光柵都是采用平面光柵，具有一定的閃耀波長，越靠近閃耀波長的波段，其衍射效率越高，因此在選擇光柵時，除了考慮光柵的刻劃線數，還要考慮工作的波長范圍。

簡言之，光柵的選擇影響了三個方面的因素：光譜分辨率、光通量（靈敏度）、波長范圍。

狹縫

較窄的狹縫可以提高分辨率，但光通量較小；另一方面，較寬的狹縫可以增加靈敏度，但會損失掉分辨率。在不同的應用要求中，選擇合適的狹縫寬度以便優化整個試驗結果。通常狹縫的寬度不能太寬，在5um-200um之間，否則會產生干涉。標準的狹縫寬度選擇25um的較多。

簡言之，狹縫寬度的選擇影響了光譜分辨率和光通量（靈敏度）。

探測器

針對光纖光譜儀，探測器選用比較多的為CCD、PDA及InGaAs。探測器在某些方面決定了光纖光譜儀的分辨率和靈敏度。探測器在單位面積上的像素數目越多，其分辨率越高，但由于像素較小，動態范圍就會較差。探測器在單位面積上的像素數目越少，分辨率越低，但由于像素較大，動態范圍就會較好。通常PDA的像素尺寸大，因此動態范圍大，其次是CCD。針對不同的CCD的生產工藝，還將CCD探測器分為背感光和前感光兩種類型，背感光的CCD量子效率可以達到90%以上，非常適合弱信號的探測。Si CCD的探測范圍一般都在200－1100nm。

近紅外的InGaAs探測器由于本身靈敏度較低，熱噪聲較高，采用制冷的方式可以有效降低探測器的熱噪聲，從而提高系統的信噪比。探測范圍一般都在900－2550nm。

簡言之，探測器的選擇影響了光纖光譜儀的分辨率、靈敏度、探測波長及動態范圍。

對于光纖光譜儀，除了以上主要的三個可選器件外，還有包括濾光片、探測器附件、光纖、樣品架、積分球等各種附件，應用于不同的系統中。

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