光譜儀重要參數(shù)定義

 ◆CCD

    電荷耦合器件（Charger Coupled Device，縮寫(xiě)為CCD ） ，硅基光敏元件的響應(yīng)范圍在短波近紅外區(qū)域 。

◆PDA

    二極管陣列（Photodiode Array，縮寫(xiě)為PDA）.光電二極管陣列是由多個(gè)二極管單元（象素）組成的陣列，單元數(shù)可以是102，256或1024。當(dāng)信號(hào)光照射到光電二極管上時(shí)，光信號(hào)就會(huì)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。大部分光電二極管陣列都包括讀出/積分放大器一體式的集成化信號(hào)處理電路。光電二極管的優(yōu)點(diǎn)是在近紅外靈敏度高，響應(yīng)速度快；缺點(diǎn)是象元數(shù)較少、在紫外波段沒(méi)有響應(yīng)。

◆     薄型背照式

薄型背照式電荷耦合器件（BT—CCD，Back Thinned Charge Coupled Device)，采用了特殊的制造工藝和特殊的鎖相技術(shù)。首先，與一般CCD相比，硅層厚度從數(shù)百微米減薄到20μm以下；其次，它采用背照射結(jié)構(gòu)，因此紫外光不必再穿越鈍化層。因此，不僅具有固體攝像器件的一般優(yōu)點(diǎn)，而且具有噪聲低，靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大的優(yōu)點(diǎn)。

　　BTCCD有很高的紫外光靈敏度，它在紫外波段的量子效率可以看到，在紫外波段，量子效率超過(guò)40％，可見(jiàn)光部分超過(guò)80％，甚至可以達(dá)到90％左右?？梢?jiàn)，BTCCD不僅可工作于紫外光，也可工作于可見(jiàn)光，是一種很的寬波段檢測(cè)器件。

◆狹縫

     光源入口。狹縫面積影響通過(guò)的光強(qiáng)度。狹縫寬度影響光學(xué)分辨率。

◆暗電流

     未打開(kāi)光譜儀激發(fā)光源時(shí)，感光器件接收到的光電信號(hào)。主要影響因素有溫度，電子輻射等。

◆分辨率

    光學(xué)分辨率定義為光譜儀可以分開(kāi)的小波長(zhǎng)差。要把兩個(gè)光譜線分開(kāi)至少要把它們成象到探測(cè)器的兩個(gè)相臨象元上。分辨率依賴(lài)于光柵的分辨本領(lǐng)、系統(tǒng)的有效焦長(zhǎng)、設(shè)定的狹縫寬度、系統(tǒng)的光學(xué)像差以及其它參數(shù)。光柵決定了波長(zhǎng)在探測(cè)器上可分開(kāi)的程度（色散），這對(duì)于分辨率來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常重要的變量。 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入射狹縫或入射光纖芯徑（當(dāng)沒(méi)有安裝狹縫時(shí)）。狹縫的尺寸有：10，25或50μm×1000μm（高）或100，200或500μm×2000μm（高）。在波長(zhǎng)處，狹縫成象到探測(cè)器陣列上時(shí)會(huì)覆蓋幾個(gè)象元。而如果要分開(kāi)兩條光譜線，就必須把它們色散到這個(gè)象尺寸加上一個(gè)象元。當(dāng)入射光纖的芯徑大于狹縫的寬度時(shí)，分辨率就要由狹縫的寬度（有效寬度）來(lái)決定。

    光譜儀分辨率可近似如下度量：    R∝ M·F/W

其中M為光柵線數(shù) ,F為譜儀焦距, W為狹縫寬度。

◆色散

    光譜儀的色散決定其分開(kāi)波長(zhǎng)的能力。光譜儀的倒線色散可計(jì)算得到：沿光譜儀的焦平面改變距離χ引起波長(zhǎng)λ的變化，即： Δλ/Δχ=dcosβ/mF

這里d、β、F分別是光柵刻槽的間距、衍射角和系統(tǒng)的有效焦距，m為衍射級(jí)次。由方程可見(jiàn)，倒線色散不是常數(shù)，它隨波長(zhǎng)變化。在所用波長(zhǎng)范圍內(nèi)，變化可能超過(guò)2倍。

◆     光柵和閃耀波長(zhǎng)

光柵作為重要的分光器件，它的選擇與性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)性能。光柵分為刻劃光柵、復(fù)制光柵、全息光柵等。刻劃光柵是用鉆石刻刀在涂薄金屬表面機(jī)械刻劃而成；復(fù)制光柵是用母光柵復(fù)制而成。典型刻劃光柵和復(fù)制光柵的刻槽是三角形。全息光柵是由激光干涉條紋光刻而成。全息光柵通常包括正弦刻槽?？虅澒鈻啪哂醒苌湫矢叩奶攸c(diǎn)，全息光柵光譜范圍廣，雜散光低，且可作到高光譜分辨率。 

光柵主要參數(shù)：

    1. 閃耀波長(zhǎng)，閃耀波長(zhǎng)為光柵大衍射效率點(diǎn)，因此選擇光柵時(shí)應(yīng)盡量選擇閃耀波長(zhǎng)在實(shí)驗(yàn)需要波長(zhǎng)附近。如實(shí)驗(yàn)為可見(jiàn)光范圍，可選擇閃耀波長(zhǎng)為500nm。

    2. 光柵刻線，光柵刻線多少直接關(guān)系到光譜分辨率，刻線多光譜分辨率高，刻線少光譜覆蓋范圍寬，兩者要根據(jù)實(shí)驗(yàn)靈活選擇。

    3. 光柵效率，光柵效率是衍射到給定級(jí)次的單色光與入射單色光的比值。光柵效率愈高，信號(hào)損失愈小。為提高此效率，除提高光柵制作工藝外，還采用特殊鍍膜，提高反射效率。

閃耀光柵

    非閃耀光柵其能量分布與單縫衍射相似，大部分能量集中在沒(méi)有被色散的“零級(jí)光譜”中，小部分能量分散在其它各級(jí)光譜。零級(jí)光譜不起分光作用，不能用于光譜分析。而色散越來(lái)越大的一級(jí)、二級(jí)光譜，強(qiáng)度卻越來(lái)越小。

    為了降低零級(jí)光譜的強(qiáng)度，將輻射能集中于所要求的波長(zhǎng)范圍，近代的光柵采用定向閃耀的辦法。即將光柵刻痕刻成一定的形狀，使每一刻痕的小反射面與光柵平面成一定的角度，使衍射光強(qiáng)主大從原來(lái)與不分光的零級(jí)主大重合的方向，轉(zhuǎn)移至由刻痕形狀決定的反射方向。結(jié)果使反射光方向光譜變強(qiáng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為閃耀。輻射能量大的波長(zhǎng)稱(chēng)為閃耀波長(zhǎng)。光柵刻痕反射面與光柵平面的夾角，稱(chēng)為閃耀角。每一個(gè)小反射面與光柵平面的夾角b保持一定，以控制每一小反射面對(duì)光的反射方向，使光能集中在所需要的一級(jí)光譜上，這種光柵稱(chēng)為閃耀光柵。

◆帶寬

    帶寬是不考慮光學(xué)像差、衍射、狹縫高度、掃描方法、檢測(cè)器像素寬度等因素，在給定波長(zhǎng)從光譜儀輸出的波長(zhǎng)寬度。它是倒線色散和狹縫寬度的乘積。

◆波長(zhǎng)精度、重復(fù)性和度

     波長(zhǎng)精度是光譜儀確定波長(zhǎng)的刻度等級(jí)，單位為nm。通常，波長(zhǎng)精度隨波長(zhǎng)變化。

     波長(zhǎng)重復(fù)性是光譜儀返回原波長(zhǎng)的能力。這體現(xiàn)了波長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械和整個(gè)儀器的穩(wěn)定性。

     波長(zhǎng)度是光譜儀設(shè)定波長(zhǎng)與實(shí)際波長(zhǎng)的差值。

◆F/#

    F/#定義為光譜儀準(zhǔn)直凹面反射鏡的直徑與焦距的比值。光通過(guò)效率與F/#的平方成反比，F/#愈小，光通過(guò)率愈高。

• 上一篇：光譜儀各項(xiàng)性能分析
• 下一篇：多通道光纖光譜儀平臺(tái)及儀器特點(diǎn)