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如何選配微型光纖光譜儀

作者： 時(shí)間：2013-03-14 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏
測(cè)量光譜選擇多少像素探測(cè)器的光譜儀合適？大部分用戶的回答是越多越好。但事實(shí)上真的如此嗎？正如您可能預(yù)料到，這種說法不完全正確。對(duì)于一個(gè)特定的應(yīng)用，在選擇最合適的光譜儀時(shí)，需要考慮很多因素。

光學(xué)分辨率是配置光譜儀時(shí)經(jīng)常被考慮的主要因素之一，正是追求高分辨率導(dǎo)致用戶要求盡可能多的探測(cè)器象素?cái)?shù)。而實(shí)際上光學(xué)分辨率是由探測(cè)器的像素?cái)?shù)與狹縫寬度和光柵線對(duì)數(shù)共同決定的。當(dāng)討論分辨率時(shí)，通常色散或用波長(zhǎng)范圍除以像素?cái)?shù)。半高全寬值（FWHM），即最大峰值光強(qiáng)一半處所對(duì)應(yīng)的譜線寬度是一種表述分辨率更好的方法（見圖）。用FWHM可以對(duì)不同光譜儀的實(shí)際光學(xué)性能進(jìn)行直接對(duì)比。用這種表示方法可以避免一些缺陷，例如：有的光柵并沒有用到全部像素；采用交叉式 Czerny-Turner光路設(shè)計(jì)的光譜儀中，光學(xué)系統(tǒng)不能把狹縫清晰地成像在探測(cè)器上，這是由于光路中過大的反射角和固有的系統(tǒng)放大倍率造成的。

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靈敏度是配置光譜儀時(shí)所需要考慮的另一個(gè)因素。現(xiàn)在的主流微型光譜儀都采用線陣探測(cè)器，所以靈敏度跟像素?cái)?shù)沒有任何關(guān)系。但面陣探測(cè)器例外，因?yàn)槊骊囂綔y(cè)器在垂直方向的每個(gè)像素都會(huì)被累積，在某種意義上垂直方向上的所有像素的累積可以被看成一個(gè)更大的像素。因此，在考慮某種應(yīng)用對(duì)靈敏度的要求時(shí)，更重要的是看探測(cè)器的響應(yīng)曲線。右圖中給出了幾種典型探測(cè)器的靈敏度響應(yīng)曲線。如果是應(yīng)用在可見光區(qū)，可以選用幾種不同品牌的CCD探測(cè)器而無(wú)須考慮其象素?cái)?shù)。而越靠近近紅外區(qū)，CCD的靈敏度越低，這時(shí)就需要選擇在近紅外區(qū)靈敏度高的探測(cè)器。

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信噪比也是選配光譜儀的一個(gè)因素。對(duì)于CCD光譜儀，較高的靈敏度導(dǎo)致了較低的信噪比。在一定范圍內(nèi)，可以通過對(duì)光譜進(jìn)行多次平均來提高信噪比。平均次數(shù)的平方根恰好是信噪比提高的倍數(shù)。例如，光譜平均100 次，信噪比能提高10 倍。有些應(yīng)用需要較高的信噪比，此時(shí)用戶應(yīng)當(dāng)比較在光譜儀中的光學(xué)平臺(tái)和探測(cè)器的綜合信噪比。需要強(qiáng)調(diào)的是，用戶一定要搞清楚廠家給出的信噪比是不是整個(gè)光譜儀系統(tǒng)的信噪比，因?yàn)橹挥姓麄€(gè)光譜儀系統(tǒng)的信噪比才是最重要的。一個(gè)信噪比高的探測(cè)器配一個(gè)性能不高的光路，那么它的高信噪比就沒有實(shí)際意義。比較不同探測(cè)器和光譜儀間的信噪比的比較好的方法是：測(cè)量100 次，然后對(duì)每個(gè)像素計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，信噪比等于平均值除以標(biāo)準(zhǔn)偏差。測(cè)量信噪比時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)接近飽和，并設(shè)置正確的平滑值（如果需要的話）。
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