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光纖光譜儀的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)的模塊化和靈活性。微小型光纖光譜儀的測(cè)量速度非常快，使得它用于在線分析。而且由于它選用低成本的通用探測(cè)器，所以光譜儀的成本也大大降低，從而大大擴(kuò)展了它的應(yīng)用領(lǐng)域。

在二十世紀(jì)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、CMOS陣列、光電二極管陣列等，使生產(chǎn)低成本掃描儀和CCD相機(jī)成為町能。微型光纖光譜儀使用了同樣的CCD、CMOS和光電二極管陣列探測(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。同時(shí)，通信技術(shù)對(duì)光纖需求的快速增長(zhǎng)促進(jìn)了低損耗石英光纖的開(kāi)發(fā)，這種光纖同樣可以用于光譜儀中，把樣品產(chǎn)生的信號(hào)光傳導(dǎo)到光譜儀的光學(xué)平臺(tái)中。由于光纖耦合易于實(shí)現(xiàn)，所以可以很方便地搭建起由光源、取樣附件和光纖光譜儀組成的測(cè)量系統(tǒng)。

微小型光纖光譜儀具有許多大型光譜儀所不具備的優(yōu)點(diǎn)，如重量輕、體積小、探測(cè)速度快、使用方便、可集成化、可批量制造以及成本低廉等，像普通光譜儀一樣微型光譜儀有著巨大的應(yīng)用市場(chǎng)，可以應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室物理化學(xué)分析、臨床醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)、工業(yè)過(guò)程監(jiān)控、航空航天遙感等領(lǐng)域，因而引起了人們廣泛的興趣。

1 光學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)

目前市場(chǎng)上主流的光纖光譜儀都采用對(duì)稱(chēng)式Czernv—Turner光學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)，它可以在更寬的譜段范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的光學(xué)分辨率，更容易地消除雜散光，而且在近紅外譜段有更好的色散效應(yīng)等。焦距可以有45ram或75ram兩種。信號(hào)光由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的SMA905接口進(jìn)入光學(xué)平臺(tái)，經(jīng)一個(gè)球面鏡準(zhǔn)直，然后由一塊平面光柵分光，經(jīng)由第二塊球面鏡聚焦到一塊一維線性探測(cè)器陣列上。

2 微型光纖光譜儀的幾個(gè)重要參數(shù)

2．1 波長(zhǎng)范圍

在為一臺(tái)光譜儀系統(tǒng)選擇**配置的時(shí)侯，波長(zhǎng)范圍是決定光柵型號(hào)的首先要考慮的重要參數(shù)。如果需要較寬的波長(zhǎng)范圍，建議使用300線／mm或者600線／mm光柵。另一個(gè)重要元件是探測(cè)器的選擇。對(duì)于紫外波段的應(yīng)用，可以選用256／1024像素的CMOS探測(cè)器或者深紫外增強(qiáng)型2048或者3648像素CCD探測(cè)器。在近紅外區(qū)域，可以選擇不同型號(hào)的InGaAs探測(cè)器。

2．2 光學(xué)分辨率

如果需要很高的光學(xué)分辨率，建議同時(shí)選擇1200線／mm或者更高線對(duì)數(shù)的光柵(C．D．E或F型)、窄狹縫和2048或3648像素的CCD探測(cè)器。如果既需要較寬波長(zhǎng)范圍同時(shí)又需要高分辨率，則多通道光譜儀是**的選擇。

2．3 靈敏度

說(shuō)起靈敏度，重要的是區(qū)分開(kāi)是光度學(xué)中的靈敏度(光譜儀所能測(cè)到的*小信號(hào)強(qiáng)度是多少? )還是化學(xué)計(jì)量中的靈敏度(光譜儀能夠測(cè)量到的*小吸收

率差)。

a．光度靈敏度

對(duì)于如熒光和拉曼等需要高靈敏度光譜儀的應(yīng)用，建議選擇采用2048像素CCD探測(cè)器的光纖光譜儀。而且還要選擇DCL—UV／VIS探測(cè)器靈敏度增強(qiáng)透鏡；較寬的狹縫(100微米或者更寬)或者不安裝狹縫；一個(gè)300線／rnrn光柵。對(duì)于300線／mm光柵，光色散*小，所以它的靈敏度在所有光柵中是**的。作為選擇，還可以使用熱電制冷型CCD探測(cè)器光譜儀，該型號(hào)可以采用長(zhǎng)積分時(shí)間，并可以降低噪聲和提高動(dòng)態(tài)范圍。

b．化學(xué)統(tǒng)計(jì)靈敏度

為了能探測(cè)出兩個(gè)幅值很接近的吸收率數(shù)值，需要高信噪比的探測(cè)器。CMOS探測(cè)器擁有**的信噪比。通過(guò)把多幅光譜圖進(jìn)行平均也可以提高信噪比。

2．4 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(guò)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**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USB1平臺(tái)的快觸發(fā)型CCD光譜儀或者USB2型CCD光譜儀。而對(duì)于那些對(duì)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)問(wèn)要求非常嚴(yán)格的應(yīng)用，推薦選擇具有USB2接口的光譜儀，并且只傳輸一部分像素的數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)來(lái)大大縮短數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。