光谱仪重要参数定义.doc

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1、光谱仪重要参数定义 ◆CCD电荷耦合器件（ChargerCoupledDevice，缩写为CCD），硅基光敏元件的响应范围在短波近红外区域。◆PDA二极管阵列（PhotodiodeArray，缩写为PDA）.光电二极管阵列是由多个二极管单元（象素）组成的阵列，单元数可以是102，256或1024。当信号光照射到光电二极管上时，光信号就会转换成电信号。大部分光电二极管阵列都包括读出/积分放大器一体式的集成化信号处理电路。光电二极管的优点是在近红外灵敏度高，响应速度快；缺点是象元数较少、在紫外波段没有响应。◆    薄型背照式

2、薄型背照式电荷耦合器件（BT—CCD，BackThinnedChargeCoupledDevice)，采用了特殊的制造工艺和特殊的锁相技术。首先，与一般CCD相比，硅层厚度从数百微米减薄到20μm以下；其次，它采用背照射结构，因此紫外光不必再穿越钝化层。因此，不仅具有固体摄像器件的一般优点，而且具有噪声低，灵敏度高、动态范围大的优点。　　BTCCD有很高的紫外光灵敏度，它在紫外波段的量子效率可以看到，在紫外波段，量子效率超过40％，可见光部分超过80％，甚至可以达到90％左右。可见，BTCCD不仅可工作于紫外光，也可工作于

3、可见光，是一种很优秀的宽波段检测器件。◆狭缝光源入口。狭缝面积影响通过的光强度。狭缝宽度影响光学分辨率。◆暗电流未打开光谱仪激发光源时，感光器件接收到的光电信号。主要影响因素有温度，电子辐射等。◆分辨率光学分辨率定义为光谱仪可以分开的最小波长差。要把两个光谱线分开至少要把它们成象到探测器的两个相临象元上。分辨率依赖于光栅的分辨本领、系统的有效焦长、设定的狭缝宽度、系统的光学像差以及其它参数。光栅决定了波长在探测器上可分开的程度（色散），这对于分辨率来说是一个非常重要的变量。另一个重要参数是进入到光谱仪的光束宽度，它基本上取

4、决于光谱仪上安装的固定入射狭缝或入射光纤芯径（当没有安装狭缝时）。狭缝的尺寸有：10，25或50μm×1000μm（高）或100，200或500μm×2000μm（高）。在指定波长处，狭缝成象到探测器阵列上时会覆盖几个象元。而如果要分开两条光谱线，就必须把它们色散到这个象尺寸加上一个象元。当入射光纤的芯径大于狭缝的宽度时，分辨率就要由狭缝的宽度（有效宽度）来决定。光谱仪分辨率可近似如下度量：R∝M·F/W其中M为光栅线数,F为谱仪焦距,W为狭缝宽度。◆色散光谱仪的色散决定其分开波长的能力。光谱仪的倒线色散可计算得到：沿光谱

5、仪的焦平面改变距离χ引起波长λ的变化，即：Δλ/Δχ=dcosβ/mF这里d、β、F分别是光栅刻槽的间距、衍射角和系统的有效焦距，m为衍射级次。由方程可见，倒线色散不是常数，它随波长变化。在所用波长范围内，变化可能超过2倍。◆    光栅和闪耀波长光栅作为重要的分光器件，它的选择与性能直接影响整个系统性能。光栅分为刻划光栅、复制光栅、全息光栅等。刻划光栅是用钻石刻刀在涂薄金属表面机械刻划而成；复制光栅是用母光栅复制而成。典型刻划光栅和复制光栅的刻槽是三角形。全息光栅是由激光干涉条纹光刻而成。全息光栅通常包括正弦刻槽。刻划光

6、栅具有衍射效率高的特点，全息光栅光谱范围广，杂散光低，且可作到高光谱分辨率。 光栅主要参数：1.闪耀波长，闪耀波长为光栅最大衍射效率点，因此选择光栅时应尽量选择闪耀波长在实验需要波长附近。如实验为可见光范围，可选择闪耀波长为500nm。2.光栅刻线，光栅刻线多少直接关系到光谱分辨率，刻线多光谱分辨率高，刻线少光谱覆盖范围宽，两者要根据实验灵活选择。3.光栅效率，光栅效率是衍射到给定级次的单色光与入射单色光的比值。光栅效率愈高，信号损失愈小。为提高此效率，除提高光栅制作工艺外，还采用特殊镀膜，提高反射效率。闪耀光栅非闪耀光栅

7、其能量分布与单缝衍射相似，大部分能量集中在没有被色散的“零级光谱”中，小部分能量分散在其它各级光谱。零级光谱不起分光作用，不能用于光谱分析。而色散越来越大的一级、二级光谱，强度却越来越小。为了降低零级光谱的强度，将辐射能集中于所要求的波长范围，近代的光栅采用定向闪耀的办法。即将光栅刻痕刻成一定的形状，使每一刻痕的小反射面与光栅平面成一定的角度，使衍射光强主最大从原来与不分光的零级主最大重合的方向，转移至由刻痕形状决定的反射方向。结果使反射光方向光谱变强，这种现象称为闪耀。辐射能量最大的波长称为闪耀波长。光栅刻痕反射面与光栅

8、平面的夹角，称为闪耀角。每一个小反射面与光栅平面的夹角b保持一定，以控制每一小反射面对光的反射方向，使光能集中在所需要的一级光谱上，这种光栅称为闪耀光栅。◆带宽带宽是不考虑光学像差、衍射、狭缝高度、扫描方法、检测器像素宽度等因素，在给定波长从光谱仪输出的波长宽度。它是倒线色散和狭缝宽度的乘积。◆波长精度