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光譜儀原理及應(yīng)用

光譜儀

光譜學(xué)是測量紫外、可見、近紅外和紅外波段光強(qiáng)度的一種技術(shù)。光譜測量被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，如顏色測量、化學(xué)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(zhǔn)直鏡、色散元件（光柵或棱鏡）、聚焦光學(xué)系統(tǒng)和探測器。而在單色儀中通常還包括出射狹縫，讓整個(gè)光譜中一個(gè)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(diào)，可以通過旋轉(zhuǎn)光柵來對整個(gè)光譜進(jìn)行掃描。
 
在九十年代，微電子領(lǐng)域中的多象元光學(xué)探測器迅猛發(fā)展，如 CCD 陣列、光電二極管（ PD ）陣列等，使生產(chǎn)低成本掃描儀和 CCD 相機(jī)成為可能。美國海洋光學(xué)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(gè)光譜進(jìn)行快速掃描而不必移動光柵。
 
由于光通信技術(shù)對光纖的需求大大增長，從而開發(fā)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(chǎn)生的信號光傳導(dǎo)到光譜儀的光學(xué)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(tǒng)。

光纖光譜儀的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)的模塊化和靈活性。美國海洋光學(xué)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(kuò)展了它的應(yīng)用領(lǐng)域。

典型應(yīng)用

美國海洋光學(xué)光譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如農(nóng)業(yè)、天文、汽車、生物、化學(xué)、鍍膜、色度計(jì)量、環(huán)境檢測、薄膜工業(yè)、食品、寶石檢測、LED檢測、印刷、造紙、喇曼光譜、半導(dǎo)體工業(yè)等。下面介紹一些典型應(yīng)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(shí)驗(yàn)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(xù)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(yīng)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(shí)驗(yàn)布局和波長范圍來實(shí)現(xiàn)，如使用浸入型光纖探頭或流動樣品池進(jìn)行在線吸收率測量，或使用樣品固定器進(jìn)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?zé)糇鳛楣庠础２煌膽?yīng)用可以選擇不同的光纖探頭。