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一、什么是光谱仪

光谱仪是利用光学色散原理和现代先进电子技术，为光谱研究和物质结构分析而设计的光电仪器。 其基本功能是测量被研究光的光谱特性（被研究物质的反射、吸收、散射或激发荧光等），包括波长、强度等谱线特性。 因此，光谱仪器应具备以下功能：

(1)光谱学：根据一定波长或波数的释放规律，将被研究的光在一定空间内分离出来。

(2)灵敏度：将光信号转换成易于测量的电信号，相应地测量各波长光的强度，得到光能量按波长的释放规律。

(3) 绘制光谱线图：根据波长或波数的发布规律，记录保存分离出的光波及其强度，或显示相应的光谱图。

为具备上述功能，一般的光谱仪器可分为四部分：光源与照明系统、光谱系统、检测与接收系统、传输、存储与显示系统[1]。

根据光谱仪器的工作原理，可分为两类：一类是基于空间色散和干涉光谱的经典光谱仪； 另一种是基于调制原理的新型光谱仪。 本设计是一套使用光栅分光的经典光谱仪。 其基本结构如图2-1所示[2]。

光源和照明系统可以作为研究对象，也可以作为研究工具，对研究物质进行照射。 一般来说，在研究气体火焰、交直流电弧、电火花等激发样品的物质的发射光谱时，光源是研究的对象； 而在研究吸收光谱、拉曼光谱或荧光光谱时，光源用作照明。 工具（如水银灯、红外线干灯、黑光灯、氙气灯、LED、激光器等）。 为了尽可能集中光源的光强并传递给后续的分光系统，需要专门设计照明系统。

光谱系统是任何光谱仪的核心部分。 它一般由三部分组成：准直系统、色散系统和成像系统。 它的主要作用是将一定空间内的照射光按一定的波长规律分离。 如图2-1所示，准直系统一般由入射狭缝和准直物镜组成，入射狭缝位于准直物镜的焦平面上。 光源和照明系统发出的光通过狭缝照射到准直物镜上，成为投射在色散系统上的平行光束。 色散系统的作用是将入射的单光束复合光分解成多束单色光。 多束单色光通过成像物镜，按波长顺序成像在透镜的焦平面上； 这样，单束复合光通过分光系统后就成功地变成了多束单色光的图像。 目前主要的色散系统主要有材料色散（如棱镜）、多缝衍射（如光栅）和多光束干涉（如干涉仪）[3]。

检测接收系统的作用是将成像系统焦平面上接收到的光谱能量转换成易于测量的电信号，并测量相应光谱分量的波长和强度，从而得到被研究物质的特征参数，如物质的组成及其含量以及物质的温度、恒星的运动速度等。 目前，光谱仪器的接收系统可分为视觉系统、光谱系统和光电系统。 经典光谱仪器可根据设计需要选择其中之一，而干涉调制光谱仪器只能采用光电接收系统。

传输存储显示系统是将检测和接收系统测得的电信号经初步处理后存储或通过高速传输接口上传到上位机，在上位机上对光谱数据进行进一步的数据处理和显示。 .

2、分光仪器有哪几种？ 光谱仪器的组成和分类

构成

光谱仪主要由光学平台和检测系统组成。 包括以下主要部分：

光谱仪通常包括入口狭缝、准直镜、色散元件（光栅或棱镜）、聚焦光学器件和检测器。

1. 入射狭缝：将入射光信号构造成清晰的物像；

2、准直部分：使光信号的光线平行。 准直器可以是透镜、反射镜或色散元件的部分功能，例如凹光栅光谱仪中的凹光栅；

3、色散部分：光栅通常用于对空间中的平行光进行色散；

4、聚焦部分：收集分散的光信号，使入射狭缝的大部分单色图像聚焦在焦平面上；

5、阵列检测器：放置在焦平面上，用于检测大多数单色图像的光强。 检测器可以是CCD阵列或其他光检测阵列。

分类

按工作原理分为棱镜光谱仪、衍射光栅光谱仪和干涉光谱仪。

根据接收和记录光谱的方法，可分为光谱仪、摄谱仪和光电光谱仪。

按可工作的光谱范围分为真空紫外光谱仪、紫外光谱仪、可见光光谱仪、近红外光谱仪、红外光谱仪和远红外光谱仪。

3、光谱仪原理

根据现代光谱仪的工作原理，光谱仪可分为经典光谱仪和新型光谱仪两大类。 经典的光谱仪器基于空间色散原理； 新的光谱仪器基于调制原理。 经典的光谱仪器都是狭缝光谱仪器。 调制光谱仪是非空间光谱仪，它使用圆形孔径进入光线。

根据色散分量的光谱原理，光谱仪器可分为：棱镜光谱仪、衍射光栅光谱仪和干涉光谱仪。 光学多通道分析仪OMA（Optical Multi-channel Analyzer）是近十年来出现的一种利用光子探测器（CCD）和计算机控制的新型光谱分析仪器。 它集信息采集、处理和存储功能于一体。 由于OMA不再使用感光乳胶，避免和省去了暗房处理等一系列繁琐的处理和测量工作，从根本上改变了传统的光谱技术，大大改善了工作条件，提高了工作效率； 使用OMA分析光谱，测量准确、快速、方便，灵敏度高光纤光谱仪的优缺点?光纤光谱仪的优缺点?，响应时间快，光谱分辨率高。 测量结果可以立即从显示屏上读取，也可以通过打印机或绘图仪输出。 它已广泛应用于几乎所有的光谱测量、分析和研究工作，特别适用于微弱信号和瞬态信号的检测。