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光栅光谱仪

光栅光谱仪简介

光谱学是一种测量紫外、可见、近红外和红外波段光强度的技术。 光谱测量广泛应用于许多领域，例如颜色测量、化学成分的浓度检测或电磁辐射分析。 光谱仪器通常包括入射狭缝、准直镜、色散元件（光栅或棱镜）、聚焦光学器件和检测器。 在单色器中，通常包括一个出射狭缝，允许整个光谱中非常窄的部分照射到单像素检测器上。 单色器的入射和出射狭缝位置固定，宽度可调，旋转光栅即可扫描整个光谱。

20世纪90年代，微电子领域的多像素光学探测器maya2000-pro紫外可见光纤光谱仪maya2000-pro紫外可见光纤光谱仪，如CCD阵列和光电二极管（PD）阵列的快速发展，使得生产低成本的扫描仪和CCD相机成为可能。 Ocean Optics 的光谱仪使用相同的 CCD 和光电二极管阵列 (PDA) 检测器，无需移动光栅即可快速扫描整个光谱。

光谱仪参数

1.波长范围

在为光谱仪系统选择最佳配置时，波长范围是确定光栅类型时要考虑的第一个重要参数。 如果您需要更宽的波长范围，我们推荐使用 600 线/mm 的光栅（请参阅光谱仪产品部分中的光栅选择表）。 另一个重要因素是检测器的选择。 海洋光学提供七种探测器型号，具有不同的灵敏度特性曲线。 对于紫外 (UV) 波段的应用，可以选择深紫外 (DUV) 增强型 2048 或 3648 像素 CCD 检测器。 在近红外 (NIR) 波段，有两种不同的 InGaAs 探测器可供选择。 如果您需要宽波长范围和高分辨率，多通道光谱仪是最佳选择。

2、光学分辨率

如果您需要非常高的光学分辨率，我们建议您选择1200线/毫米或更高线对数的光栅，以及窄狭缝和2048或3648像素的CCD探测器。 例如，对于 Maya 2000pro 光谱仪，可以选择 10um 狭缝以获得最佳分辨率。 （参见光谱仪产品部分的光学分辨率表）。

3.灵敏度

光度测量中的灵敏度（光谱仪可以检测到的最小信号强度是多少？）对于荧光和拉曼等需要高灵敏度光谱仪的应用，我们建议选择热电制冷的1024像素二维阵列CCD检测器QE65000，但也可以选择检测器聚光镜，SAG+UPG反射镜，更宽的狭缝（100um或更宽），该型号可以使用较长的积分时间（从7毫秒到15分钟）来提高信号强度，并且可以降低噪声并提高动态范围。

4.测量时间和数据传输速度

光谱仪的数据采集能力可以通过使用阵列型探测器并且没有移动部件而大大提高。 但是，每个特定应用都有一个最佳检测器。 对于需要快速响应的应用，我们推荐 USB2000+ 光谱仪，其最小积分时间为 1 毫秒，是有史以来最快的光纤光谱仪。 对于那些对数据传输时间要求非常严格的应用，我们推荐USB2000+光谱仪，它可以通过USB2.0接口每秒完成1000次完整的数据采集。

光谱仪选择

1、如何选择合适的光栅？

衍射光栅是一种光学元件，可将入射的多色光分成它包含的单色光。 光栅由一系列等宽、等间距的平行凹槽组成，这些凹槽是在涂有反光膜的基材上做标记而制成的。 根据刻槽形成方式的不同，光栅可分为全息光栅和刻线光栅两种。 刻线光栅是用金刚石剃刀在薄金属反射表面上的划线器上进行机械刻划的； 全息光栅是通过激光束干涉图案和光刻工艺形成的。 海洋光学光谱仪中的光栅包括全息光栅和刻划光栅。 光纤光谱仪中的光栅由用户指定并永久安装在光谱仪中。 接下来，用户必须指定所需的波长范围。 有时光栅的标称可用光谱范围大于照射在探测器上的光谱范围。 这时，为了覆盖更广的光谱范围，可选择双通道或三通道光谱仪。 可以为这些主通道和从通道选择不同的光栅。 同样，双通道或三通道光谱仪允许用户在更宽的光谱范围内获得更高的分辨率。 光谱仪的光谱范围取决于光栅的起始波长和光栅的线对数。 波长越长，色散作用越大，光栅覆盖的波长范围越小。 整个光谱仪的效率由光纤的传输效率、光栅和反射镜的效率、探测器的效率及其胶片灵敏度决定。

2、如何选择最佳的光学分辨率？

光谱仪的光学分辨率定义为光谱仪可以分辨的最小波长差异。 为了分离两条谱线，它们必须在检测器的至少两个相邻像素上成像。 因为光栅决定了不同波长在检测器上可以分离多远（色散），所以它是决定光谱仪分辨率的一个非常重要的参数。 另一个重要参数是进入光谱仪的光束宽度，它基本上取决于光谱仪上安装的固定宽度入口狭缝或纤芯直径（未安装狭缝时）。 海洋光学提供的狭缝尺寸有：5、10、25、50、100、200μm×1000μm（高）。 在给定波长下，探测器阵列上的狭缝形成的图像通常覆盖多个像素。 如果要分离两条谱线，则必须将它们分散到此图像大小加上一个像素。 当使用芯径较大的光纤时，可以通过选择比光纤芯径窄的狭缝来提高光谱仪的分辨率。 因为这会大大减小入射光束的宽度。 光栅的对数越高，色散效应随波长的变化越显着。 波长越长，色散效应越大，因此在最长波长处将获得最高分辨率。

zemax 光谱仪设计

设计了一种波段为1250-1460nm的平面光栅光谱仪，光谱分辨率为0.5nm，探测器像素尺寸为30um。 使用 Czerny-Turner 光谱仪 M 型。 总体结构图和传递函数图如下：