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光柵光譜儀設計知識,您做過這方向嗎？
閱讀：841 發布時間：2021-4-16
光柵光譜儀簡介
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。光譜測量被廣泛應用于多種領域，如顏色測量、化學成份的濃度檢測或電磁輻射分析等。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上。單色儀中的入射和出射狹縫往往位置固定而寬度可調，可以通過旋轉光柵來對整個光譜進行掃描。
在九十年代，微電子領域中的多象元光學探測器迅猛發展，如CCD陣列、光電二極管(PD)陣列等，使生產低成本掃描儀和CCD相機成為可能。美國海洋光學公司的光譜儀使用了同樣的CCD和光電二極管陣列(PDA)探測器，可以對整個光譜進行快速掃描而不必移動光柵。
光譜儀參數
1.波長范圍
在為一臺光譜儀系統選擇化配置的時侯，波長范圍是決定光柵型號的首先要考慮的重要參數。如果您需要較寬的波長范圍，我們建議您使用600線/毫米的光柵(請看光譜儀產品一節中的光柵選擇表)。另一個重要元件是探測器的選擇。美國海洋光學公司提供了7種有著不同的靈敏度特性曲線的探測器型號。對于紫外(UV)波段的應用，可以選用深紫外(DUV)增強型2048或者3648像素CCD探測器。在近紅外(NIR)波段，有兩種不同的InGaAs探測器可以選擇。如果您既需要較寬的波長范圍同時又需要高分辨率，則多通道光譜儀是的選擇。
2.光學分辨率
如果您需要很高的光學分辨率，我們建議您選擇1200線/毫米或者更高線對數的光柵，同時選擇窄狹縫和2048或3648像素的CCD探測器。例如，對于Maya2000pro光譜儀，可以選擇10um狹縫來獲得分辨率。(請看光譜儀產品部分的光學分辨率表)。
3.靈敏度
光度學中的靈敏度(光譜儀所能探測到的最小信號強度是多少？)對于如熒光和拉曼等需要高靈敏度光譜儀的應用，我們建議選擇采用熱電制冷型1024像素二維面陣CCD探測器的QE65000，而且還要選擇探測器聚光透鏡、SAG+UPG反射鏡、較寬的狹縫(100um或者更寬)，該型號可以采用長積分時間(從7毫秒到15分鐘)來提高信號強度，并可以降低噪聲和提高動態范圍。
4.測量時間與數據傳輸速度
光譜儀的數據獲取能力可以通過使用陣列型探測器并且不采用運動組件的方式大大提高。然而，對于每個具體應用都有其優化的探測器。如對于需要快速響應的應用，我們推薦使用USB2000+光譜儀，最小積分時間是1毫秒，是有史以來的光纖光譜儀。而對于那些對數據傳輸時間要求非常嚴格的應用，我們推薦選擇USB2000+光譜儀，通過USB2.0接口每秒鐘可以完成1000完整的數據采集。
光譜儀的選型
1、如何選擇合適的光柵？
衍射光柵是一種把入射的多色光分解成它所包含的單色光的光學元件。光柵是由一系列等寬等間距的平行凹槽構成的，而這些凹槽是在鍍反射膜的基底材料上刻劃制成的。按照凹槽形成方式的不同可以把光柵分成兩種：全息光柵和刻劃光柵。刻劃光柵是用刻劃機上的鉆石刻刀在涂薄金屬反射表面上機械刻劃而成；而全息光柵則是由激光束干涉圖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。光纖光譜儀中的光柵要由用戶，并安裝在光譜儀中。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實現更高的分辨率。光譜儀的光譜范圍取決于光柵的起始波長和光柵線對數。波長越長則色散效應越大，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。
2、如何選擇優的光學分辨率？
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。另一個重要參數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：5，10，25，50，100，200μm×1000μm(高)。在波長處，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。光柵的線對數越高，色散效應隨波長變化就會越顯著，波長越長色散效應越大，因此在最長波長處會得到高分辨率。