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光學文章
光譜儀一些重要參數的介紹

發布時間: 2015-12-14   瀏覽次數:   作者:卓定科技

      我們知道光譜儀的應用非常廣泛,那么光譜儀到底有哪些重要參數呢?這些參數又是如何定義的呢?下面我來給大家做一些介紹。

1、 帶寬
      帶寬是不考慮光學像差、衍射、狹縫高度、掃描方法、檢測器像素寬度等因素,在給定波長從光譜儀輸出的波長寬度。它是倒線色散和狹縫寬度的乘積。
2、 分辨率
      光學分辨率定義為光譜儀可以分開的最小波長差。要把兩個光譜線分開至少要把它們成象到探測器的兩個相臨象元上。分辨率依賴于光柵的分辨本領、系統的有效焦長、設定的狹縫寬度、系統的光學像差以及其它參數。光柵決定了波長在探測器上可分開的程度(色散),這對于分辨率來說是一個非常重要的變量。 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入射狹縫或入射光纖芯徑(當沒有安裝狹縫時)。狹縫的尺寸有:10,25或50μm×1000μm(高)或100,200或500μm×2000μm(高)。在指定波長處,狹縫成象到探測器陣列上時會覆蓋幾個象元。而如果要分開兩條光譜線,就必須把它們色散到這個象尺寸加上一個象元。當入射光纖的芯徑大于狹縫的寬度時,分辨率就要由狹縫的寬度(有效寬度)來決定。
      光譜儀分辨率可近似如下度量:    R∝ M·F/W
      其中M為光柵線數 ,F為譜儀焦距, W為狹縫寬度。
3、 狹縫
      光源入口。狹縫面積影響通過的光強度。狹縫寬度影響光學分辨率。
4、 光柵
      光柵作為重要的分光器件,它的選擇與性能直接影響整個系統性能。光柵分為刻劃光柵、復制光柵、全息光柵等。刻劃光柵是用鉆石刻刀在涂薄金屬表面機械刻劃而成;復制光柵是用母光柵復制而成。典型刻劃光柵和復制光柵的刻槽是三角形。全息光柵是由激光干涉條紋光刻而成。全息光柵通常包括正弦刻槽??虅澒鈻啪哂醒苌湫矢叩奶攸c,全息光柵光譜范圍廣,雜散光低,且可作到高光譜分辨率。 
光柵主要參數:
      1. 閃耀波長,閃耀波長為光柵最大衍射效率點,因此選擇光柵時應盡量選擇閃耀波長在實驗需要波長附近。如實驗為可見光范圍,可選擇閃耀波長為500nm。
      2. 光柵刻線,光柵刻線多少直接關系到光譜分辨率,刻線多光譜分辨率高,刻線少光譜覆蓋范圍寬,兩者要根據實驗靈活選擇。
      3. 光柵效率,光柵效率是衍射到給定級次的單色光與入射單色光的比值。光柵效率愈高,信號損失愈小。為提高此效率,除提高光柵制作工藝外,還采用特殊鍍膜,提高反射效率。
5、閃耀光柵和閃耀波長
      非閃耀光柵其能量分布與單縫衍射相似,大部分能量集中在沒有被色散的“零級光譜”中,小部分能量分散在其它各級光譜。零級光譜不起分光作用,不能用于光譜分析。而色散越來越大的一級、二級光譜,強度卻越來越小。
      為了降低零級光譜的強度,將輻射能集中于所要求的波長范圍,近代的光柵采用定向閃耀的辦法。即將光柵刻痕刻成一定的形狀,使每一刻痕的小反射面與光柵平面成一定的角度,使衍射光強主最大從原來與不分光的零級主最大重合的方向,轉移至由刻痕形狀決定的反射方向。結果使反射光方向光譜變強,這種現象稱為閃耀。輻射能量最大的波長稱為閃耀波長。光柵刻痕反射面與光柵平面的夾角,稱為閃耀角。每一個小反射面與光柵平面的夾角b保持一定,以控制每一小反射面對光的反射方向,使光能集中在所需要的一級光譜上,這種光柵稱為閃耀光柵。
6、波長精度
     波長精度是光譜儀確定波長的刻度等級,單位為nm。通常,波長精度隨波長變化。
7、波長重復性
     波長重復性是光譜儀返回原波長的能力。這體現了波長驅動機械和整個儀器的穩定性。
8、波長準確度
     波長準確度是光譜儀設定波長與實際波長的差值。
9、暗電流
     未打開光譜儀激發光源時,感光器件接收到的光電信號。主要影響因素有溫度,電子輻射等。
10、色散
      光譜儀的色散決定其分開波長的能力。光譜儀的倒線色散可計算得到:沿光譜儀的焦平面改變距離χ引起波長λ的變化,即: Δλ/Δχ=dcosβ/mF
      這里d、β、F分別是光柵刻槽的間距、衍射角和系統的有效焦距,m為衍射級次。由方程可見,倒線色散不是常數,它隨波長變化。在所用波長范圍內,變化可能超過2倍。
11、CCD
       電荷耦合器件(Charger Coupled Device,縮寫為CCD ) ,硅基光敏元件的響應范圍在短波近紅外區域 。
12、PDA
      二極管陣列(Photodiode Array,縮寫為PDA).光電二極管陣列是由多個二極管單元(象素)組成的陣列,單元數可以是102,256或1024。當信號光照射到光電二極管上時,光信號就會轉換成電信號。大部分光電二極管陣列都包括讀出/積分放大器一體式的集成化信號處理電路。光電二極管的優點是在近紅外靈敏度高,響應速度快;缺點是象元數較少、在紫外波段沒有響應。 
13、 薄型背照式
      薄型背照式電荷耦合器件(BT—CCD,Back Thinned Charge Coupled Device),采用了特殊的制造工藝和特殊的鎖相技術。首先,與一般CCD相比,硅層厚度從數百微米減薄到20μm以下;其次,它采用背照射結構,因此紫外光不必再穿越鈍化層。因此,不僅具有固體攝像器件的一般優點,而且具有噪聲低,靈敏度高、動態范圍大的優點。
  BTCCD有很高的紫外光靈敏度,它在紫外波段的量子效率可以看到,在紫外波段,量子效率超過40%,可見光部分超過80%,甚至可以達到90%左右??梢姡珺TCCD不僅可工作于紫外光,也可工作于可見光,是一種很優秀的寬波段檢測器件
      通過以上介紹,相信大家對光譜儀已經有了更多的認識,了解光譜儀的參數可以幫助我們快速找到適合自己的光譜儀。海洋光學是光纖光譜儀的全球領導者,卓定電子是海洋光學的代理商,歡迎隨時跟我們咨詢海洋光學的光譜儀產品。


 
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