一、什么是光譜儀器

　　光譜儀器是進行光譜研究和物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析，利用光學(xué)色散原理及現(xiàn)代先進電子技術(shù)設(shè)計的光電儀器。它的基本作用是測量被研究光（所研究物質(zhì)反射、吸收、散射或受激發(fā)的熒光等）的光譜特性，包括波長、強度等譜線特征。因此，光譜儀器應(yīng)具有以下功能：

　　（1）分光：把被研究光按一定波長或波數(shù)的發(fā)布規(guī)律在一定空間內(nèi)分開。

　?。?）感光：將光信號轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號，相應(yīng)測量出各波長光的強度，得到光能量按波長的發(fā)布規(guī)律。

　?。?）繪譜線圖：把分開的光波及其強度按波長或波數(shù)的發(fā)布規(guī)律記錄保存或顯示對應(yīng)光譜圖。

　　要具備上述功能，一般光譜儀器都可分成四部分組成：光源和照明系統(tǒng)，分光系統(tǒng)，探測接收系統(tǒng)和傳輸存儲顯示系統(tǒng)【1】。

　　根據(jù)光譜儀器的工作原理可以分成兩大類：一類是基于空間色散和干涉分光的經(jīng)典光譜儀；另一類是基于調(diào)制原理分光的新型光譜儀。本設(shè)計是一套利用光柵分光的經(jīng)典光譜儀，其基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示【2】。

　　光源和照明系統(tǒng)可以是研究的對象，也可以作為研究的工具照射被研究的物質(zhì)。一般來說，在研究物質(zhì)的發(fā)射光譜如氣體火焰、交直流電弧以及電火花等激發(fā)試樣時，光源就是研究的對象；而在研究吸收光譜、拉曼光譜或熒光光譜時，光源則作為照明工具（如汞燈、紅外干燥燈、烏燈、氙燈、LED、激光器等等）。為了盡可能多地會聚光源照射的光強度，并傳遞給后面的分光系統(tǒng)，就需要專門設(shè)計照明系統(tǒng)。

　　分光系統(tǒng)是任何光譜儀的核心部分，它一般是由準(zhǔn)直系統(tǒng)、色散系統(tǒng)、成像系統(tǒng)三部分組成，主要作用是將照射來的光在一定空間內(nèi)按照一定波長規(guī)律分開。如圖2-1所示，準(zhǔn)直系統(tǒng)一般由入射狹縫和準(zhǔn)直物鏡組成，入射狹縫位于準(zhǔn)直物鏡的焦平面上。光源和照明系統(tǒng)發(fā)出的光通過狹縫照射到準(zhǔn)直物鏡，變成平行光束投射到色散系統(tǒng)上。色散系統(tǒng)的作用是將入射的單束復(fù)合光分解為多束單色光。多束單色光經(jīng)過成像物鏡按照波長的順序成像在透鏡焦平面上；這樣，單束的復(fù)合光經(jīng)過分光系統(tǒng)后成功變成了多束單色光的像。目前主要的色散系統(tǒng)主要有物質(zhì)色散（如棱鏡）、多縫衍射（如光柵）和多光束干涉（如干涉儀）【3】。

　　探測接收系統(tǒng)的作用是將成像系統(tǒng)焦平面上接收的光譜能量轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號，并測量出對應(yīng)光譜組成部分的波長和強度，從而獲得被研究物質(zhì)的特性參數(shù)如物質(zhì)的組成成分及其含量以及物質(zhì)的溫度、星體的運動速度等等。目前光譜儀器的接收系統(tǒng)可以分為目視系統(tǒng)、攝譜系統(tǒng)和光電系統(tǒng)。經(jīng)典光譜儀器根據(jù)設(shè)計需要可以選擇其中一種，但干涉調(diào)制光譜儀器只能采用光電接收系統(tǒng)。

　　傳輸存儲顯示系統(tǒng)是將探測接收系統(tǒng)測量出來的電信號經(jīng)過初步處理后存儲或通過高速傳輸接口上傳給上位機，在上位機上對光譜數(shù)據(jù)進行進一步數(shù)據(jù)處理及顯示等。

　　二、光譜儀器有哪幾種_光譜儀器構(gòu)成及分類

　　構(gòu)成

　　光譜儀主要由一個光學(xué)平臺和一個檢測系統(tǒng)組成。包括以下幾個主要部分：

　　光譜儀一般都包括入射狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件（光柵或棱鏡）、聚焦光學(xué)系統(tǒng)和探測器。

　　1、入射狹縫：將入射的光學(xué)信號構(gòu)建成一個明確的物像;

　　2、準(zhǔn)直部分：使光學(xué)信號的光線平行。該準(zhǔn)直器可以為透鏡、反射鏡、或色散元件的部分功能，如在凹面光柵光譜儀中的凹面光柵的部分功能;

　　3、色散部分：通常采用光柵，在空間上進將平行光行色散;

　　4、聚焦部分：收集色散的光學(xué)信號，使得大部分入射狹縫的單色影像聚焦于焦平面;

　　5、陣列檢測器：放置于焦平面，從而檢測大部分單色影像的光強度。該檢測器可以是CCD陣列或其它的光檢測陣列。

　　分類

　　根據(jù)工作原理分為棱鏡光譜儀、衍射光柵光譜儀、干涉光譜儀。

　　根據(jù)接收和記錄光譜的方法可以分為看譜儀、攝譜儀、光電光譜儀。

　　根據(jù)所能工作的光譜范圍分為真空紫外光譜儀、紫外光譜儀、可見光光譜儀、近紅外光譜儀、紅外光譜儀、遠紅外光譜儀。

　　三、光譜儀器的原理

　　根據(jù)現(xiàn)代光譜儀器的工作原理，光譜儀可以分為兩大類：經(jīng)典光譜儀和新型光譜儀。經(jīng)典光譜儀器是建立在空間色散原理上的儀器；新型光譜儀器是建立在調(diào)制原理上的儀器。經(jīng)典光譜儀器都是狹縫光譜儀器。調(diào)制光譜儀是非空間分光的，它采用圓孔進光。

　　根據(jù)色散組件的分光原理，光譜儀器可分為：棱鏡光譜儀，衍射光柵光譜儀和干涉光譜儀。光學(xué)多道分析儀OMA （Optical Multi-channel Analyzer）是近十幾年出現(xiàn)的采用光子探測器（CCD）和計算機控制的新型光譜分析儀器，它集信息采集，處理，存儲諸功能于一體。由于OMA不再使用感光乳膠，避免和省去了暗室處理以及之后的一系列繁瑣處理，測量工作，使傳統(tǒng)的光譜技術(shù)發(fā)生了根本的改變，大大改善了工作條件，提高了工作效率；使用OMA分析光譜，測量準(zhǔn)確迅速，方便，且靈敏度高，響應(yīng)時間快，光譜分辨率高，測量結(jié)果可立即從顯示屏上讀出或由打印機，繪圖儀輸出。它己被廣泛使用于幾乎所有的光譜測量，分析及研究工作中，特別適應(yīng)于對微弱信號，瞬變信號的檢測。