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光柵光譜儀設(shè)計(jì)知識(shí),您做過這方向嗎？
光柵光譜儀簡(jiǎn)介
光譜學(xué)是測(cè)量紫外、可見、近紅外和紅外波段光強(qiáng)度的一種技術(shù)。光譜測(cè)量被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，如顏色測(cè)量、化學(xué)成份的濃度檢測(cè)或電磁輻射分析等。光譜儀器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(cè)器。而在單色儀中通常還包括出射狹縫，讓整個(gè)光譜中一個(gè)很窄的部分照射到單象元探測(cè)器上。單色儀中的入射和出射狹縫往往位置固定而寬度可調(diào)，可以通過旋轉(zhuǎn)光柵來對(duì)整個(gè)光譜進(jìn)行掃描。
在九十年代，微電子領(lǐng)域中的多象元光學(xué)探測(cè)器迅猛發(fā)展，如CCD陣列、光電二極管(PD)陣列等，使生產(chǎn)低成本掃描儀和CCD相機(jī)成為可能。美國海洋光學(xué)公司的光譜儀使用了同樣的CCD和光電二極管陣列(PDA)探測(cè)器，可以對(duì)整個(gè)光譜進(jìn)行快速掃描而不必移動(dòng)光柵。
光譜儀參數(shù)
1.波長范圍
在為一臺(tái)光譜儀系統(tǒng)選擇化配置的時(shí)侯，波長范圍是決定光柵型號(hào)的首先要考慮的重要參數(shù)。如果您需要較寬的波長范圍，我們建議您使用600線/毫米的光柵(請(qǐng)看光譜儀產(chǎn)品一節(jié)中的光柵選擇表)。另一個(gè)重要元件是探測(cè)器的選擇。美國海洋光學(xué)公司提供了7種有著不同的靈敏度特性曲線的探測(cè)器型號(hào)。對(duì)于紫外(UV)波段的應(yīng)用，可以選用深紫外(DUV)增強(qiáng)型2048或者3648像素CCD探測(cè)器。在近紅外(NIR)波段，有兩種不同的InGaAs探測(cè)器可以選擇。如果您既需要較寬的波長范圍同時(shí)又需要高分辨率，則多通道光譜儀是的選擇。
2.光學(xué)分辨率
如果您需要很高的光學(xué)分辨率，我們建議您選擇1200線/毫米或者更高線對(duì)數(shù)的光柵，同時(shí)選擇窄狹縫和2048或3648像素的CCD探測(cè)器。例如，對(duì)于Maya2000pro光譜儀，可以選擇10um狹縫來獲得分辨率。(請(qǐng)看光譜儀產(chǎn)品部分的光學(xué)分辨率表)。
3.靈敏度
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)度是多少？)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QE65000，而且還要選擇探測(cè)器聚光透鏡、SAG+UPG反射鏡、較寬的狹縫(100um或者更寬)，該型號(hào)可以采用長積分時(shí)間(從7毫秒到15分鐘)來提高信號(hào)強(qiáng)度，并可以降低噪聲和提高動(dòng)態(tài)范圍。
4.測(cè)量時(shí)間與數(shù)據(jù)傳輸速度
光譜儀的數(shù)據(jù)獲取能力可以通過使用陣列型探測(cè)器并且不采用運(yùn)動(dòng)組件的方式大大提高。然而，對(duì)于每個(gè)具體應(yīng)用都有其優(yōu)化的探測(cè)器。如對(duì)于需要快速響應(yīng)的應(yīng)用，我們推薦使用USB2000+光譜儀，最小積分時(shí)間是1毫秒，是有史以來的光纖光譜儀。而對(duì)于那些對(duì)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間要求非常嚴(yán)格的應(yīng)用，我們推薦選擇USB2000+光譜儀，通過USB2.0接口每秒鐘可以完成1000完整的數(shù)據(jù)采集。
光譜儀的選型
1、如何選擇合適的光柵？
衍射光柵是一種把入射的多色光分解成它所包含的單色光的光學(xué)元件。光柵是由一系列等寬等間距的平行凹槽構(gòu)成的，而這些凹槽是在鍍反射膜的基底材料上刻劃制成的。按照凹槽形成方式的不同可以把光柵分成兩種：全息光柵和刻劃光柵。刻劃光柵是用刻劃機(jī)上的鉆石刻刀在涂薄金屬反射表面上機(jī)械刻劃而成；而全息光柵則是由激光束干涉圖樣和光刻過程形成的。美國海洋光學(xué)光譜儀中的光柵既有全息光柵，也有刻劃光柵。光纖光譜儀中的光柵要由用戶，并安裝在光譜儀中。接下來用戶就要說明所需要的波長范圍。有時(shí)光柵的標(biāo)稱可用光譜范圍大于照射到探測(cè)器上的光譜范圍，這時(shí)為了覆蓋更寬的光譜范圍，可選擇雙通道或三通道光譜儀。這些主通道和從通道可以選擇不同的光柵。類似的，雙通道或三通道光譜儀也可以使用戶在更寬的光譜范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的分辨率。光譜儀的光譜范圍取決于光柵的起始波長和光柵線對(duì)數(shù)。波長越長則色散效應(yīng)越大，光柵所覆蓋的波長范圍就越小。而整臺(tái)光譜儀的效率則由光纖的傳輸效率、光柵和反射鏡的效率、探測(cè)器及其膜層靈敏度的效率共同決定。
2、如何選擇優(yōu)的光學(xué)分辨率？
光譜儀的光學(xué)分辨率定義為光譜儀所能分辨開的最小波長差。要把兩個(gè)光譜線分開則至少要把它們成象到探測(cè)器的兩個(gè)相鄰象元上。因?yàn)楣鈻艣Q定了不同波長在探測(cè)器上可分開的程度(色散)，所以它是決定光譜儀分辨率的一個(gè)非常重要的參數(shù)。另一個(gè)重要參數(shù)是進(jìn)入到光譜儀的光束寬度，它基本上取決于光譜儀上安裝的固定寬度的入射狹縫或光纖芯徑(當(dāng)沒有安裝狹縫時(shí))。美國海洋光學(xué)公司所提供的狹縫尺寸有：5，10，25，50，100，200μm×1000μm(高)。在波長處，狹縫在探測(cè)器陣列上所成的象通常會(huì)覆蓋幾個(gè)象元。如果要分開兩條光譜線，就必須把它們色散到這個(gè)象尺寸再加上一個(gè)象元。當(dāng)使用大芯徑的光纖時(shí)，可以通過選擇比光纖芯徑窄的狹縫來提高光譜儀的分辨率。因?yàn)檫@樣會(huì)大大降低入射光束的寬度。光柵的線對(duì)數(shù)越高，色散效應(yīng)隨波長變化就會(huì)越顯著，波長越長色散效應(yīng)越大，因此在最長波長處會(huì)得到高分辨率。
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