光纖光譜儀通常采用光纖作為信號(hào)耦合器件，將被測(cè)光耦合到光譜儀中進(jìn)行光譜分析。由于光纖的方便性，用戶(hù)可以非常靈活的搭建光譜采集系統(tǒng)。光纖光譜儀的優(yōu)勢(shì)在于測(cè)量系統(tǒng)的模塊化和靈活性。德國(guó)MUT的微型光纖光譜儀的測(cè)量速度非?？?，可以用于在線(xiàn)分析。而且由于采用了低成本的通用探測(cè)器，降低了光譜儀的成本，從而也降低了整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的造價(jià)。

光纖光譜儀基本配置包括包括一個(gè)光柵，一個(gè)狹縫，和一個(gè)探測(cè)器。這些部件的參數(shù)在選購(gòu)光譜儀時(shí)必須詳細(xì)說(shuō)明。光譜儀的性能取決于這些部件的精確組合與校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后光纖光譜儀，原則上這些配件都不能有任何的變動(dòng)。

功能介紹

光柵

光柵的選擇取決于光譜范圍以及分辨率的要求。對(duì)于光纖光譜儀而言，光譜范圍通常在200nm-2500nm之間。由于要求比較高的分辨率就很難得到較寬的光譜范圍;同時(shí)分辨率要求越高，其光通量就會(huì)偏少。對(duì)于較低分辨率和較寬光譜范圍的要求，300線(xiàn)/mm的光柵是通常的選擇。如果要求比較高的光譜分辨率，可以通過(guò)選擇3600線(xiàn)/mm的光柵，或者選擇更多像素分辨率的探測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

狹縫

較窄的狹縫可以提高分辨率，但光通量較小;另一方面，較寬的狹縫可以增加靈敏度，但會(huì)損失掉分辨率。在不同的應(yīng)用要求中，選擇合適的狹縫寬度以便優(yōu)化整個(gè)試驗(yàn)結(jié)果。

探測(cè)器

探測(cè)器在某些方面決定了光纖光譜儀的分辨率和靈敏度，探測(cè)器上的光敏感區(qū)原則上是有限的，它被劃分為許多小像素用于高分辨率或劃分為較少但較大的像素用于高敏感度。通常背感光的CCD探測(cè)器靈敏度要更好一些，因此可以某個(gè)程度在不靈敏度的情況下獲得更好的分辨率。近紅外的InGaAs探測(cè)器由于本身靈敏度和熱噪聲較高，采用制冷的方式可以有效提高系統(tǒng)的信噪比。

濾光片

由于光譜本身的多級(jí)衍射影響，采用濾光片可以降低多級(jí)衍射的干擾。和常規(guī)光譜儀不同的是，光纖光譜儀是在探測(cè)器上鍍膜實(shí)現(xiàn)，此部分功能在出廠(chǎng)時(shí)需要安裝就位。同時(shí)此鍍膜還具有抗反射的功能，提高系統(tǒng)的信噪比。

光譜儀的性能主要是由光譜范圍、光學(xué)分辨率和靈敏度來(lái)決定。對(duì)以上其中一項(xiàng)參數(shù)的變動(dòng)通常將影響其它的參數(shù)的性能。

光譜儀主要的挑戰(zhàn)不是在制造時(shí)使所有的參數(shù)指標(biāo)達(dá)到最高，而是使光譜儀的技術(shù)指標(biāo)在這個(gè)三維空間選擇上滿(mǎn)足針對(duì)不同應(yīng)用的性能需求。這一策略使光譜儀能夠滿(mǎn)足客戶(hù)以最小的投資獲取最大的回報(bào)。這個(gè)立方體的大小取決于光譜儀所需要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，其大小與光譜儀的復(fù)雜程度以及光譜儀產(chǎn)品的價(jià)格相關(guān)。光譜儀產(chǎn)品應(yīng)該完全符合客戶(hù)所要求的技術(shù)參數(shù)。

光譜范圍

光譜范圍較小的光譜儀通常能給出詳細(xì)的光譜信息，相反大范圍光譜范圍有更寬的視覺(jué)范圍。因此光譜儀的光譜范圍是必須明確指定重要的參數(shù)之一。

影響光譜范圍的因素主要是光柵和探測(cè)器，根據(jù)不同的要求來(lái)選擇相應(yīng)的光柵和探測(cè)器。

靈敏度

說(shuō)起靈敏度，重要的是要區(qū)分開(kāi)光度學(xué)中的靈敏度(光譜儀所能探測(cè)到的最小信號(hào)強(qiáng)度)還是化學(xué)計(jì)量學(xué)中的靈敏度(光譜儀能夠測(cè)量到的最小吸收率差)。

a.光度靈敏度

對(duì)于如熒光和拉曼等需要高靈敏度光譜儀的應(yīng)用，我們建議選擇采用熱電制冷型1024像素二維面陣CCD探測(cè)器的SEK熱電制冷型光纖光譜儀，而且還要選擇探測(cè)器聚光透鏡、金反射鏡、較寬的狹縫(100μm或者更寬)，該型號(hào)可以采用長(zhǎng)積分時(shí)間(從7毫秒到15分鐘)來(lái)提高信號(hào)強(qiáng)度，并可以降低噪聲和提高動(dòng)態(tài)范圍。

b.化學(xué)計(jì)量靈敏度

為了能探測(cè)出兩個(gè)幅值很接近的吸收率數(shù)值，不但要求探測(cè)器的靈敏度高，還要求信噪比高。信噪比最高的探測(cè)器是SEK光譜儀中的熱電制冷型1024像素二維面陣CCD探測(cè)器，信噪比是1000：1。而通過(guò)多幅光譜圖平均也可以提高信噪比，平均次數(shù)的增加，會(huì)導(dǎo)致信噪比以平方根的速度提高，比如，100次平均可以10倍提高信噪比，達(dá)到10000：1了。

審核編輯：湯梓紅