光纖光譜儀的原理和應(yīng)用

1、廣州標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)用光譜學是測量紫外、可見、近紅外和紅外波段光強度的一種技術(shù)。光譜測量被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，如顏色測量、化學成份的濃度檢測或電磁輻射分析等。欲了解更詳細的應(yīng)用信息以及相關(guān)的實驗裝置，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、準直鏡、色散元件（光柵或棱鏡）、聚焦光學系統(tǒng)和探測器。而在單色儀中通常還包括出射狹縫，讓整個光譜中一個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)光柵來對整個光譜進行掃描。在九十年代，微電子領(lǐng)域中的多象元光學探測器迅猛發(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相機成為可能。美國海洋光學公司的光譜儀使用的是CCD探測器，可以對整個光譜進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

3、光學平臺中。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。美國海洋光學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，從而大大擴展了它的應(yīng)用領(lǐng)域。?光學平臺設(shè)計海洋光學公司的光譜儀采用CzernyTurner光學平臺設(shè)計（如圖1所示）。圖1USB2000光學平臺設(shè)計圖信

4、號光由一個標準的SMA905光纖接口進入光學平臺，先經(jīng)一個球面鏡準直，然后由一塊平面光柵把該準直光色散，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。光學平臺內(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、消二級衍射效應(yīng)濾光片和探廣州標旗電子科技有限公司樣和光刻過程形成的。美國海洋光學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。有時光柵的標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，實際光譜范圍越小其他型號光柵選擇和波長范圍表可咨詢廣州標旗電子科技有限公司?如何選擇最優(yōu)的光學分辨率？光譜儀的光學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

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非常重要的參數(shù)。另一個重要參數(shù)是進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（當沒有安裝狹縫時）。美國海洋光學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。當使用大芯徑的光纖時，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