拉曼光譜儀

 

　　在上世紀九十年代以來(lái)，微電子領(lǐng)域中的多象元光學(xué)探測器（例如CCD，光電二極管陣列）制造技術(shù)迅猛發(fā)展，使生產(chǎn)低成本掃描儀和CCD相機成為可能。德國MUT公司的光譜儀使用了同樣的CCD(CCD光譜儀)和光電二極管陣列探測器，可以對整個(gè)光譜進(jìn)行快速掃描，不需要轉動(dòng)光柵。

 

　　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(hù)可以非常靈活的搭建光譜采集系統。

 

　　光纖光譜儀的優(yōu)勢在于測量系統的模塊化和靈活性。德國MUT的微型光纖光譜儀的測量速度非?？?，可以用于在線(xiàn)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(gè)測量系統的造價(jià)

 

　　光纖光譜儀基本配置包括包括一個(gè)光柵，一個(gè)狹縫，和一個(gè)探測器。這些部件的參數在選購光譜儀時(shí)必須詳細說(shuō)明。光譜儀的性能取決于這些部件的組合與校準，校準后光纖光譜儀，原則上這些配件都不能有任何的變動(dòng)。

 

　　目前，隨著(zhù)光譜行業(yè)的快速發(fā)展，光纖光譜儀在國內越來(lái)越得到認可，其產(chǎn)品性能和質(zhì)量方面跟國外產(chǎn)品相比幾乎差不多。

 

　　光纖光譜儀的功能介紹

 

　　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-2500nm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(shí)分辨率要求越高，其光通量就會(huì )偏少。對于較低分辨率和較寬光譜范圍的要求，300線(xiàn)/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(guò)選擇3600線(xiàn)/mm的光柵，或者選擇更多像素分辨率的探測器來(lái)實(shí)現。

 

　　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(huì )損失掉分辨率。在不同的應用要求中，選擇合適的狹縫寬度以便優(yōu)化整個(gè)試驗結果。

 

　　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(gè)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。和常規光譜儀不同的是，光纖光譜儀是在探測器上鍍膜實(shí)現，此部分功能在出廠(chǎng)時(shí)需要安裝就位。同時(shí)此鍍膜還具有抗反射的功能，提高系統的信噪比。

 

　　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(lái)決定。對以上其中一項參數的變動(dòng)通常將影響其它的參數的性能。

 

　　光譜儀主要的挑戰不是在制造時(shí)使所有的參數指標達到zui高，而是使光譜儀的技術(shù)指標在這個(gè)三維空間選擇上滿(mǎn)足針對不同應用的性能需求。這一策略使光譜儀能夠滿(mǎn)足客戶(hù)以zui小的投資獲取zui大的回報。這個(gè)立方體的大小取決于光譜儀所需要達到的技術(shù)指標，其大小與光譜儀的復雜程度以及光譜儀產(chǎn)品的價(jià)格相關(guān)。光譜儀產(chǎn)品應該*符合客戶(hù)所要求的技術(shù)參數。

 

　　光譜范圍

 

　　光譜范圍較小的光譜儀通常能給出詳細的光譜信息，相反大范圍光譜范圍有更寬的視覺(jué)范圍。因此光譜儀的光譜范圍是必須明確重要的參數之一。

 

　　影響光譜范圍的因素主要是光柵和探測器，根據不同的要求來(lái)選擇相應的光柵和探測器。

 

　　靈敏度

 

　　說(shuō)起靈敏度，重要的是要區分開(kāi)光度學(xué)中的靈敏度（光譜儀所能探測到的zui小信號強度）還是化學(xué)計量學(xué)中的靈敏度（光譜儀能夠測量到的zui小吸收率差）。

 

　　a.光度靈敏度

 

　　對于如熒光和拉曼等需要高靈敏度光譜儀的應用，我們建議選擇采用熱電制冷型1024像素二維面陣CCD探測器的SEK熱電制冷型光纖光譜儀，而且還要選擇探測器聚光透鏡、金反射鏡、較寬的狹縫（100μm或者更寬），該型號可以采用長(cháng)積分時(shí)間（從7毫秒到15分鐘）來(lái)提高信號強度，并可以降低噪聲和提高動(dòng)態(tài)范圍。

 

　　b.化學(xué)計量靈敏度

 

　　為了能探測出兩個(gè)幅值很接近的吸收率數值，不但要求探測器的靈敏度高，還要求信噪比高。信噪比zui高的探測器是SEK光譜儀中的熱電制冷型1024像素二維面陣CCD探測器，信噪比是1000：1。而通過(guò)多幅光譜圖平均也可以提高信噪比，平均次數的增加，會(huì )導致信噪比以平方根的速度提高，比如，100次平均可以10倍提高信噪比，達到10000：1了。

 

　　分辨率

 

　　光學(xué)分辨率是衡量分光能力的重要參數。如果您需要很高的光學(xué)分辨率，我們建議您選擇1200線(xiàn)/毫米或者更高線(xiàn)對數的光柵，同時(shí)選擇窄狹縫和2048或3648像素的CCD探測器。