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English| 發(fā)布日期：2019-07-01 |
【關(guān)鍵詞】: 光纖光譜儀
光纖光譜儀簡介
一、光纖光譜儀
光纖光譜儀通常采用光纖作為信號耦合器件，將被測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)勢在于測量系統(tǒng)的模塊化和靈活性。德國MUT的微型光纖光譜儀的測量速度非?？?，可以用于在線分析。而且由于采用了低成本的通用探測器，降低了光譜儀的成本，從而也降低了整個測量系統(tǒng)的造價光纖光譜儀基本配置包括包括一個光柵，一個狹縫，和一個探測器。這些部件的參數(shù)在選購 光纖光譜儀通常采用光纖作為信號耦合器件，將被測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)勢在于測量系統(tǒng)的模塊化和靈活性。
光纖光譜儀基本配置包括包括一個光柵，一個狹縫，和一個探測器。這些部件的參數(shù)在選購光譜儀時必須詳細(xì)說明。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。
光柵：光柵的選擇取決于光譜范圍以及分辨率的要求。對于光纖光譜儀而言，光譜范圍通常在200nm-2200nm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；同時分辨率要求越高，其光通量就會偏少。對于較低分辨率和較寬光譜范圍的要求，300線/mm的光柵是通常的選擇。如果要求比較高的光譜分辨率，可以通過選擇3600線/mm的光柵，或者選擇更多像素分辨率的探測器來實現(xiàn)。
狹縫：較窄的狹縫可以提高分辨率，但光通量較??；另一方面，較寬的狹縫可以增加靈敏度，但會損失掉分辨率。在不同的應(yīng)用要求中，選擇合適的狹縫寬度以便優(yōu)化整個試驗結(jié)果。
探測器：探測器在某些方面決定了光纖光譜儀的分辨率和靈敏度，探測器上的光敏感區(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探測器靈敏度要更好一些，因此可以某個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衍射影響，采用濾光片可以降低多級衍射的干擾。和常規(guī)光譜儀不同的是，光纖光譜儀是在探測器上鍍膜實現(xiàn)，此部分功能在出廠時需要安裝就位。同時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)分辨率和靈敏度來決定。對以上其中一項參數(shù)的變動通常將影響其它的參數(shù)的性能。
分辨率：光學(xué)分辨率是衡量分光能力的重要參數(shù)。它取決于在被熱敏元件探測時單色光的帶寬。三個部件對分辨率有影響：入射狹縫，光柵和探測器像素尺寸。細(xì)小的狹縫可以得到更好的分辨率，但降低了靈敏度；高刻劃線的光柵增加了分辨率，但降低了光譜范圍；較小的探測器像素尺寸增加了分辨率，但降低了靈敏度。
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。
光譜儀主要的挑戰(zhàn)不是在制造時使所有的參數(shù)指標(biāo)達(dá)到最高，而是使光譜儀的技術(shù)指標(biāo)在這個三維空間選擇上滿足針對不同應(yīng)用的性能需求。這一策略使光譜儀能夠滿足客戶以最小的投資獲取最大的回報。這個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)品的價格相關(guān)。
影響光譜范圍的因素主要是光柵和探測器，根據(jù)不同的要求來選擇相應(yīng)的光柵和探測器。
二、成像原理
光纖的收集端和探測端中每根光纖一一對應(yīng)，這種排列使圖像的兩個空間維壓縮成為一個。樣品發(fā)射的光因此而產(chǎn)生光譜色散并被CCD 探測器一次讀取成像。也就是說，CCD上的每個像素（或區(qū)域）包含了三維（X/Y/λ）的位置信息，在CCD 獲取的一幀圖像中包含了來自樣本的完整的光譜成像。3D數(shù)據(jù)立方體重建要求簡單地將光纖在線性排列中的位置映射到圓形接收端的位置，之后具體的圖像處理可采用任何圖像處理軟件即可。
FIC 方法的相對于可調(diào)濾波器（TF）和線形掃描（LS）成像方法的最大優(yōu)點，在于它不需要為構(gòu)建一幅光譜圖像而重復(fù)掃描。此外，不同于TF 成像方法的是，F(xiàn)IC一次提供了視野區(qū)域樣本所有點的一個完整的光譜，而不是特定某個波長的光譜。FIC方法的空間分辨率取決于顯微放大后成像到FIC 光纖束端面的圖像，即系統(tǒng)的光學(xué)衍射限制，這與TF 和LS 方法一致。另外，F(xiàn)IC方法在圖像分辨率上還有嚴(yán)格的限制，即參與成像的像元數(shù)限制，這是由光纖束中所有單根的光纖數(shù)量決定的。這種約束依次為CCD 探測器的高度和光譜圖像的分辨率指定，因為CCD 接收面必須對所有FIC 光纖束端面的光纖全部成像。
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