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光谱仪由哪些基本组件组成?

发布时间:2023-04-18
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光谱仪由哪些基本组件组成?

光谱仪由哪些基本组件组成?

光谱仪组件

光谱仪组件:入口狭缝 (1)、衍射光栅或棱镜 (2)、检测器 (3)、路由光学器件 (4)、高阶滤波器 (5)

入口狭缝

光通过入口狭缝进入光谱仪。与相机的孔径大小如何影响照片的亮度和分辨率类似,光谱仪入口狭缝的宽度决定了它在弱光条件下的测量能力和您可以达到的最大光谱分辨率。

这两个特性必须相互平衡,因为一个总是以另一个为代价。宽的入口狭缝允许大量光进入光谱仪,这允许测量较暗的光源,但会降低系统的光谱分辨率。相反,狭窄的入射狭缝可以提高光谱分辨率,但会降低信号强度。

较大的光谱仪可能具有可控的狭缝宽度,而更紧凑的设备,如赛斯拜克光谱仪(其入口狭缝宽度为 25 μm)通常具有固定宽度。

衍射光栅或棱镜

光学衍射光栅是将光分成其构成波长分量的部件。有许多不同类型的光栅,包括透射光栅、反射光栅、刻线光栅和全息光栅。相互比较时,每一种都有自己的优点和缺点,没有哪一种设计更胜一筹。

光栅的设计决定了光线散布的程度。就像狭缝一样,分辨率、范围和信号强度之间存在权衡。

衍射光栅可用下式描述:

衍射光栅可用下式描述

其中d是光栅间距,θ m是第m个衍射级的衍射角, θ i是入射角,λ是光的波长。由此可见,减小光栅间距会增大衍射的角度范围。因此,较小范围的波长将以较低的信号强度到达检测器,但分辨率较高。相反,增加光栅间距会提供更大范围的波长,但分辨率会降低。

光栅间距通常根据凹槽密度来引用,其等于1/d并且以凹槽mm -1的单位给出。

在一些光谱仪中,衍射光栅可以旋转以允许不同波长到达检测器。这里,采集窗口将根据需要进行选择。同样,一些光谱仪有多个不同槽密度的光栅,可以在它们之间进行选择。

一些光学光谱仪的设计使用棱镜作为色散元件代替衍射光栅,但由于棱镜的成本较高且它们提供的图像分辨率较低,因此这种情况并不常见。

探测器

光学检测器记录到达它的光的强度作为其波长的函数。光谱仪检测器由一行光敏像素组成,每个像素对应一个特定的波长。每个像素都会产生一个强度与落在其上的光量成正比的电信号。

电荷耦合器件 (CCD) 是光谱仪的首选检测器,因为它们具有高动态范围和均匀的像素响应。为了减少光谱中不需要的噪声,通常会冷却 CCD 以对抗暗电流信号。

路由光学

内部路由光学器件将来自入口狭缝的光引导到衍射光栅或棱镜上,然后再到检测器上。

曲面镜通常比透镜更受欢迎,因为它们引入的图像像差更少。光学器件有许多可能的配置,它们在光学像差、杂散光和尺寸方面各有优缺点。

高阶滤波器

如果光谱仪的波长检测范围跨越一个以上的衍射级,则可能需要滤光片来部分覆盖检测器并阻止更高阶的光到达传感器。

本文标签: 组件光谱仪

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