光纖光譜儀簡介

在上世紀九十年代以來，微電子領域中的多象元光學探測器(例如CCD，光電二極管陣列)制造技術迅猛發展，使生產低成本掃描儀和CCD相機成為可能。德國MUT公司的光譜儀使用了同樣的CCD(CCD光譜儀)和光電二極管陣列探測器，可以對整個光譜進行快速掃描，不需要轉動光柵。

光纖光譜儀通常采用光纖作為信號耦合器件，將被測光耦合到光譜儀中進行光譜分析。由于光纖的方便性，用戶可以非常靈活的搭建光譜采集系統。

光纖光譜儀的優勢在于測量系統的模塊化和靈活性。微型光纖光譜儀的測量速度非?？?，可以用于在線分析。而且由于采用了低成本的通用探測器，降低了光譜儀的成本，從而也降低了整個測量系統的造價。

光纖光譜儀基本配置包括包括一個光柵，一個狹縫，和一個探測器。這些部件的參數在選購光譜儀時必須詳細說明。光譜儀的性能取決于這些部件的精確組合與校準，校準后光纖光譜儀，原則上這些配件都不能有任何的變動。

目前，隨著光譜行業的快速發展，光纖光譜儀在國內越來越得到認可，其產品性能和質量方面跟國外產品相比幾乎差不多。

光纖光譜儀的特點

(1)光纖光譜儀是光纖技術的引入，使待測物脫離了樣品池的限制，采樣方式變得更為靈活，利用光纖探頭把遠離光譜儀器的樣品光譜源引到光譜儀器，以適應被測樣品的復雜形狀和位置。由光纖引入光信號還可使儀器內部與外界環境隔絕，可增強對惡劣環境(潮濕氣候、強電場干擾、腐蝕性氣體)的抵抗能力，保證了光譜儀的長期可靠運行，延長使用壽命。

(2)光纖光譜儀以電荷耦合器件(CCD)陣列作為檢測器，對光譜的掃描不必移動光柵，可進行瞬態采集，響應速度極快(測量時間為13～15ms)，并通過計算機實時輸出。

(3)光纖光譜儀采用全息光柵作為分光器件，雜散光低，提高了測量精度。

(4)光纖光譜儀應用計算機技術，極大地提高了光譜儀的智能化處理能力。

光纖光譜儀的原理

光纖光譜儀結構緊湊，包括入射狹縫、準直物鏡、光柵、成像反射鏡、濾色片和陣列探測器，還包括數據采集系統和數據處理系統。光信號經入射狹縫投射到準直物鏡上，將發散光變成準平行光反射到光柵上，色散后經成像反射鏡將光譜呈在陣列接收器的接收面上，形成光譜譜面。

光譜譜面既是單色光的序列排布(有高級次光譜影響)，讓整個光譜中任一個微小譜帶照射到相對應探測器的像元上，在此將光信號轉換成電子信號后，經模擬數字轉換，A/D放大，Z后由電器系統控制終端顯示輸出。從而完成各種光譜信號測量分析。

光纖光譜儀的應用

光纖光譜儀以其檢測精度高、速度快等優點，已成為光譜測量學中使用的重要測量儀器，被廣泛應用于農業、生物、化學、地質、食品安全、色度計算、環境檢測、醫藥衛生、LED檢測、半導體工業、石油化工等領域。

1、發射光譜測量

發射光譜測量可以用不同的實驗布局和波長范圍來實現，還要用到余弦校正器或積分球。發射光譜測量可以在紫外/可見和可見/近紅外波長范圍內測量。

對于發射光譜的測量，光譜儀可以配置成波長范圍從200-400nm或350-1100nm，或組合起來實現紫外/可見200-1100nm，并可以在定標實驗室里進行輻射定標。定標后的實驗布局不能改變，如光纖和勻光器都不能更改。

2、發光二極管(LED)測量

LED測量系統用于LED光源的光譜強度及顏色指標測量。LED測量系統由以下部件組成：USB4000-VIS-NIR光譜儀、FOIS-1積分球、LS-1-CAL-INT校準光源、QP400-2-VIS-NIR光纖、LED-PS電源及電腦。

Z簡單而且迅速地測量LED的整個光通量的方法就是使用一個積分球，并把它連接到一個光譜儀上。該系統可以用鹵素燈進行定標(LS-1-CAL-INT)，然后用從測量到的光譜分布計算出相關參數，并實現輻射量的測量。所測光源的光譜發光強度還可以用μW/cm2/nm來計算、顯示并存儲。另外的窗口還可以顯示大約10個參數：輻射量μW/cm2，μJ/cm2，μW或μJ；光通量lux或lumen，色軸X、Y、Z、x、y、z、u、v和色溫。

3、薄膜厚度測量

光學的膜厚測量系統基于白光干涉測量原理，可以測量的膜層厚度10nm-50μm，分辨率為1nm。薄膜測量在半導體晶片生長過程中經常被用到，因為等離子體刻蝕和淀積過程需要監控；其它應用如：在金屬和玻璃材料基底上鍍透明光學膜層也需要測量膜層厚度。

4、透射吸收測量

透射吸收測量用于測定液體或氣體中介質對作用光的吸收，依據比耳定律，吸光度正比于摩爾吸收率、光程和樣品介質濃度。透射吸收測量系統由以下部件組成：USB4000-UV-VIS光譜儀、DH2000-BAL光源、QP400-025-SR光纖、CUV-UV樣品池、CV-Q-10比色皿及電腦。

5、反射測量

反射測量方式分為鏡面反射和漫反射測量，在實際測量中，可以采用不同的參考白板和測量角度來進行區分。反射測量用于測定樣品的化學成分及表面顏色相關信息。反射測量系統由以下部件組成：USB4000光譜儀、DH2000-BAL光源、R400-7-UV-VIS反射探頭、RPH-1探頭支架、標準參考板WS-1及電腦。

6、激光測量

根據激光光譜的特征，檢測系統配置高分辨率的HR4000微型光纖光譜儀，同時可用積分球或余弦校正器來衰減入射光，以避免CCD探測器的飽和。激光測量系統由以下部件組成：HR4000高分辨率光譜儀、FOIS-1積分球、QP400-2-VIS-NIR光纖及電腦。

7、熒光測量

熒光測量因其光譜信號特別弱，因此需要一個高靈敏的探測器及一個高xiao率的濾光片，將樣品激發出的微弱信號光和高強度的激發光區別開來。熒光測量系統由以下部件組成：USB4000-FL光譜儀、PX-2光源、QP1000-2-UV-VIS光纖、LVF-HL線性可調濾光片、CUV-ALL樣品池及電腦。

8、氧含量測量

氧含量是通過光纖探頭熒光團的熒光強度的衰減來進行測量，應用熒光淬滅原理可以測量溶解氧或氣態氧的分壓，從而探測出環境的氧含量。氧含量測量系統由以下部件組成：USB4000-FL光譜儀、USB-LS-450光源、QBIF600-VIS-NIR光纖、FOXY-R探頭、21-02光纖連接套管及電腦。

9、拉曼光譜測量

拉曼光譜與紅外吸收光譜同為研究物質的分子振動能級從而分析物質的組成，但相對于紅外吸收光譜，拉曼光譜的譜線較為簡單且具有獨特性，而且被測物不需進行前處理，因此在判斷物質組成成分時有明顯的優勢。拉曼光譜測量系統特別適用于反應過程監控、產品識別、遙感及介質中高散射粒子的判定。拉曼光譜測量系統由以下部件組成：QE65000高靈敏度光譜儀、785nm/532nm激發激光器、RIP拉曼應用光纖探頭及電腦。

10、激光誘導擊穿光譜(LIBS)測量

LIBS是一種用于固體、液體及氣體中進行實時、定性及半定量的光譜元素分析技術，其工作原理是高強度的脈沖激光聚焦在樣品表面，脈寬為10ns的激光脈沖蒸發樣品產生等離子體，隨著等離子體的冷卻，處于激發態的原子發射出元素的特征光譜，這個光譜被光纖探頭收集并傳送到光譜儀，通過光譜分析軟件中預存的樣品特征光譜進行比對分析。LIBS測量系統由以下部件組成：LIBS2500多通道高分辨率光譜儀、LIBS-BUN光纖束、LIBS-LASER激光器、LIBS-SC樣品室、LIBS-IM-USB圖像分析模塊及電腦。