光譜儀原理及應用

光譜儀

光譜學是測量紫外、可見、近紅外和紅外波段光強度的一種技術。光譜測量被廣泛應用于多種領域，如顏色測量、化學成份的濃度檢測或電磁輻射分析等。
 
光譜儀器一般都包括入射狹縫、準直鏡、色散元件（光柵或棱鏡）、聚焦光學系統和探測器。而在單色儀中通常還包括出射狹縫，讓整個光譜中一個很窄的部分照射到單象元探測器上。單色儀中的入射和出射狹縫往往位置固定而寬度可調，可以通過旋轉光柵來對整個光譜進行掃描。
 
在九十年代，微電子領域中的多象元光學探測器迅猛發展，如 CCD 陣列、光電二極管（ PD ）陣列等，使生產低成本掃描儀和 CCD 相機成為可能。美國海洋光學公司的光譜儀使用了同樣的 CCD 和光電二極管陣列（ PDA ）探測器，可以對整個光譜進行快速掃描而不必移動光柵。
 
由于光通信技術對光纖的需求大大增長，從而開發了低損耗的石英光纖。該光纖同樣可以用于測量光纖，把被測樣品產生的信號光傳導到光譜儀的光學平臺中。由于光纖的耦合非常容易，所以可以很方便地搭建起由光源、采樣附件和光纖光譜儀組成的模塊化測量系統。

光纖光譜儀的優點在于系統的模塊化和靈活性。美國海洋光學公司的微小型光纖光譜儀的測量速度非?？?，使得它可以用于在線分析。而且由于它選用低成本的通用探測器，所以光譜儀的成本也大大降低，從而大大擴展了它的應用領域。

典型應用

美國海洋光學光譜儀的應用領域非常廣泛，如農業、天文、汽車、生物、化學、鍍膜、色度計量、環境檢測、薄膜工業、食品、寶石檢測、LED檢測、印刷、造紙、喇曼光譜、半導體工業等。下面介紹一些典型應用。

1．顏色測量

一般來說，物體和濃稠液體的顏色測量可以使用不同的實驗布局，比如使用反射型光纖探頭或積分球。在該測量中，可以使用波長范圍在380到780nm，分辨率（FWHM）為5nm的光譜儀；此外，還需要白光連續光源和白色反射瓦。對于測量紡織品、紙張、水果、葡萄酒、鳥類羽毛顏色等不同的應用可以使用不同的光纖探頭。

2．紫外/可見吸收光譜測量

液體的吸收率測量可以用不同的實驗布局和波長范圍來實現，如使用浸入型光纖探頭或流動樣品池進行在線吸收率測量，或使用樣品固定器進行樣品的吸收率測量。對于測量紫外/可見波長范圍的光譜儀，可以選擇波長范圍200-1100nm、分辨率1.4nm(FWHM)。此外還需要氘-鹵素燈作為光源。不同的應用可以選擇不同的光纖探頭。