光譜儀重要參數定義

點擊次數：5986 發布時間：

◆CCD

電荷耦合器件（Charger Coupled Device，縮寫為CCD ），硅基光敏元件的響應范圍在短波近紅外區域。

◆PDA

二極管陣列（Photodiode Array，縮寫為PDA）.光電二極管陣列是由多個二極管單元（象素）組成的陣列，單元數可以是102，256或1024。當信號光照射到光電二極管上時，光信號就會轉換成電信號。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處理電路。光電二極管的優點是在近紅外靈敏度高，響應速度快；缺點是象元數較少、在紫外波段沒有響應。

◆ 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。首先，與一般CCD相比，硅層厚度從數百微米減薄到20μm以下；其次，它采用背照射結構，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點，而且具有噪聲低，靈敏度高、動態范圍大的優點。

　　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40％，可見光部分超過80％，甚至可以達到90％左右。可見，BTCCD不僅可工作于紫外光，也可工作于可見光，是一種很的寬波段檢測器件。

◆狹縫

光源入口。狹縫面積影響通過的光強度。狹縫寬度影響光學分辨率。

◆暗電流

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

◆分辨率

光學分辨率定義為光譜儀可以分開的小波長差。要把兩個光譜線分開至少要把它們成象到探測器的兩個相臨象元上。分辨率依賴于光柵的分辨本領、系統的有效焦長、設定的狹縫寬度、系統的光學像差以及其它參數。光柵決定了波長在探測器上可分開的程度（色散），這對于分辨率來說是一個非常重要的變量。另一個重要參數是進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（當沒有安裝狹縫時）。狹縫的尺寸有：10，25或50μm×1000μm（高）或100，200或500μm×2000μm（高）。在波長處，狹縫成象到探測器陣列上時會覆蓋幾個象元。而如果要分開兩條光譜線，就必須把它們色散到這個象尺寸加上一個象元。當入射光纖的芯徑大于狹縫的寬度時，分辨率就要由狹縫的寬度（有效寬度）來決定。

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 ,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波長的能力。光譜儀的倒線色散可計算得到：沿光譜儀的焦平面改變距離χ引起波長λ的變化，即： Δλ/Δχ=dcosβ/mF

這里d、β、F分別是光柵刻槽的間距、衍射角和系統的有效焦距，m為衍射級次。由方程可見，倒線色散不是常數，它隨波長變化。在所用波長范圍內，變化可能超過2倍。

◆ 光柵和閃耀波長

光柵作為重要的分光器件，它的選擇與性能直接影響整個系統性能。光柵分為刻劃光柵、復制光柵、全息光柵等。刻劃光柵是用鉆石刻刀在涂薄金屬表面機械刻劃而成；復制光柵是用母光柵復制而成。典型刻劃光柵和復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。刻劃光柵具有衍射效率高的特點，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：

1. 閃耀波長，閃耀波長為光柵大衍射效率點，因此選擇光柵時應盡量選擇閃耀波長在實驗需要波長附近。如實驗為可見光范圍，可選擇閃耀波長為500nm。

2. 光柵刻線，光柵刻線多少直接關系到光譜分辨率，刻線多光譜分辨率高，刻線少光譜覆蓋范圍寬，兩者要根據實驗靈活選擇。

3. 光柵效率，光柵效率是衍射到給定級次的單色光與入射單色光的比值。光柵效率愈高，信號損失愈小。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有被色散的“零級光譜”中，小部分能量分散在其它各級光譜。零級光譜不起分光作用，不能用于光譜分析。而色散越來越大的一級、二級光譜，強度卻越來越小。

為了降低零級光譜的強度，將輻射能集中于所要求的波長范圍，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，使衍射光強主大從原來與不分光的零級主大重合的方向，轉移至由刻痕形狀決定的反射方向。結果使反射光方向光譜變強，這種現象稱為閃耀。輻射能量大的波長稱為閃耀波長。光柵刻痕反射面與光柵平面的夾角，稱為閃耀角。每一個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光的反射方向，使光能集中在所需要的一級光譜上，這種光柵稱為閃耀光柵。

◆帶寬

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

◆波長精度、重復性和度

波長精度是光譜儀確定波長的刻度等級，單位為nm。通常，波長精度隨波長變化。

波長重復性是光譜儀返回原波長的能力。這體現了波長驅動機械和整個儀器的穩定性。

波長度是光譜儀設定波長與實際波長的差值。

◆F/#

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