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微型光纖光譜儀基礎(chǔ)知識

1. 什么是微型光纖光譜儀?

  光纖光譜儀是一種用于檢測電磁譜中特定區(qū)域的光特性的儀器。它收集光,然后將其進(jìn)行光譜色散,最后將光信號重構(gòu)像為一系列的單色影像,從而對其進(jìn)行檢測。

  入射狹縫:是指將入射的光學(xué)信號構(gòu)建成一個(gè)明確的物像;

  準(zhǔn)直部分: 使光學(xué)信號的光線平行。該準(zhǔn)直器可以為透鏡、反射鏡或色散元件的部分功能,如在凹面光柵光譜儀中的凹面光柵的部分功能;

  色散部分:通常采用光柵,將平行光在空間上進(jìn)行色散;

  聚焦部分:收集色散的光學(xué)信號,使得大部分入射狹縫的單色影像聚焦于焦平面;

  陣列檢測器:放置于焦平面,從而檢測大部分單色影像的光強(qiáng)度。該檢測器可以是CCD陣列或其它的光檢測陣列。

微型光纖光譜儀基礎(chǔ)知識(圖1)

  2. 如何評價(jià)光纖光譜儀性能?

  光纖光譜儀的性能可以用以下六個(gè)參數(shù)來體現(xiàn):

  光譜覆蓋范圍:指的是光信號能被光纖光譜儀檢測到的波長范圍。

  光譜分辨率:能被光纖光譜儀分辨開的最小的波長差值,光譜分辨率與光譜儀的光譜覆蓋范圍、狹縫寬度、檢測器的像元寬度及像元數(shù)密切相關(guān)。

  靈敏度:能被光纖光譜儀檢測到的最小的光能量,它取決于光譜儀的光通量與檢測器的光感應(yīng)靈敏度。

  動態(tài)范圍:可被光纖光譜儀測量到的最大與最小光能量的比值。

  信噪比:光纖光譜儀的信號能量水平與噪聲水平的比值。

  光譜獲取速度:在一定的入射光能量水平下,光纖光譜儀產(chǎn)生可測量到的信號并獲得譜圖所需的時(shí)間。

  對于光纖光譜儀來說,這六個(gè)參數(shù)是密切相關(guān),互相影響的。

  3. 光譜覆蓋范圍

  光譜覆蓋范圍與光纖光譜儀的有效焦距、衍射光柵的刻線數(shù)、檢測器的寬度密切相關(guān)。另外,光譜覆蓋范圍的中心波長的選擇對光譜覆蓋范圍也有一定的影響。

微型光纖光譜儀基礎(chǔ)知識(圖2)
微型光纖光譜儀基礎(chǔ)知識(圖3)

  4. 信噪比

  信噪比指測得的信號與疊加在信號上的噪聲的比值。

  信噪比與光纖光譜儀的檢測器性能、電路噪聲和光路雜散光相關(guān)。

  對于實(shí)際應(yīng)用來說,光纖光譜儀的信噪比越高,其測量值的偏差就越小。

  5. 入射狹縫直接影響光纖光譜儀的分辨率和光通量

  光纖光譜儀的檢測器最終檢測到的是狹縫投射到檢測器上的像,因此狹縫的大小直接影響到光譜儀的分辨率,狹縫越小,分辨率越高,狹縫越大,分辨率越低;另外狹縫是光進(jìn)入光譜儀的門戶,其大小也直接影響到光纖光譜儀的光通量。狹縫越大,光通量越大,狹縫越小,光通量越小。

  衍射光柵將從狹縫入射的光在空間上進(jìn)行色散,使其光強(qiáng)度成為波長的函數(shù)。它是光纖光譜儀進(jìn)行分光檢測的基礎(chǔ),是光譜儀的核心部分。對于一個(gè)給定的光學(xué)平臺和陣列式檢測器,我們可以通過選擇不同的衍射光柵來對光譜儀的光譜覆蓋范圍、光譜分辨率和雜散光水平進(jìn)行額外的控制。

  檢測器是光纖光譜儀的最核心部分,直接決定了光譜儀的光譜覆蓋范圍、靈敏度、分辨率及信噪比等指標(biāo)。一般來說,檢測器的材料決定了其光譜覆蓋范圍,硅基檢測器其波長覆蓋范圍一般為190~1100nm,而InGaAs和PbS檢測器覆蓋900~2900nm的波長范圍。而檢測器的工作原理、制造方法及摻雜材料決定了其靈敏度、覆蓋范圍和信噪比等指標(biāo)。

微型光纖光譜儀基礎(chǔ)知識(圖4)

  6. 光譜獲取速度

  光譜獲取速度與光譜儀的靈敏度、光譜儀的讀出速度及PC接口速度成正比。光纖光譜儀的讀出速度主要與光譜儀內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器相關(guān),而PC接口速度是限制光譜獲取速度的一個(gè)重要因素。

  7. 動態(tài)范圍

  檢測器陣列的動態(tài)范圍常常用來作為衡量光纖光譜儀性能規(guī)格的參考。

  一般來說,檢測器的動態(tài)范圍越大,其所檢測的光強(qiáng)度范圍越大,光譜儀的信噪比與穩(wěn)定性也就相對更好。

  注:不同的器件制造廠家具有對動態(tài)范圍具有不同的定義。

  對于非科學(xué)級淺量阱的器件來說,常常使用飽和信號與暗噪聲信號的比值來定義。

  對于科學(xué)級器件來說,則常常采用量阱深度與讀出噪聲的比值來定義。

  比值越大,動態(tài)范圍越高,因此光譜儀性能也就越好。

  8. 決定光纖光譜儀的主要性能指標(biāo)

  1.入射狹縫

  2. 衍射光柵

  3. 檢測器

上一個(gè) :
上一個(gè) :
 ICM-200系列成像式亮度色度計(jì)
ICM-200系列成像式亮度色度計(jì)
ICM-200系列成像式亮度計(jì)配備了2000萬像素分辨率的探測器,有效針對背光模組、車載顯示等小型發(fā)光面板進(jìn)行快速的亮度、顏色均勻性測量,快速分析顯示缺陷等。儀器搭配專業(yè)測量軟件proICM,支持任意局部圖像(ROI)的讀出與合成,對所測項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并給出優(yōu)化方案。
 VR/AR虛擬顯示光學(xué)分析儀
VR/AR虛擬顯示光學(xué)分析儀
虛擬顯示光學(xué)分析儀-光譜型,配置了高分辨率的探測器,以及寬視場的前置光闌鏡頭提供了優(yōu)秀的亮度與色度的測試解決方案。內(nèi)置分光器,連接到選配的內(nèi)置光譜分析模塊,使其具有單點(diǎn)式分光輻射亮度計(jì)功能;通過自動校準(zhǔn),使虛擬顯示光學(xué)分析儀的精度提高到光譜輻射計(jì)的水平;同時(shí)提供分光輻射度計(jì)的光譜分析數(shù)據(jù)。
 L系列成像亮度計(jì)
L系列成像亮度計(jì)
L系列成像亮度計(jì)配置CMOS探測器,搭配ProICM專業(yè)分析軟件對二維成像畫面亮度參數(shù)進(jìn)行檢測,專業(yè)地完成所測參數(shù)的數(shù)據(jù)分析,幫助測試者提高成品的亮度質(zhì)量,確保終端用戶的舒適使用體驗(yàn)。
 FW系列成像色度計(jì)
FW系列成像色度計(jì)
FW系列成像色度計(jì)配置科研級CCD傳感器,采用多濾光片的精心設(shè)計(jì),搭配ProICM專業(yè)分析軟件對二維成像畫面光學(xué)特性進(jìn)行檢測與分析,提升測量效率,為生產(chǎn)商最大化的產(chǎn)出高視覺質(zhì)量的產(chǎn)品成像設(shè)備提高保障。
 C系列成像色度計(jì)
C系列成像色度計(jì)
C系列成像色度計(jì)配置科學(xué)級大面陣CMOS傳感器,搭配ProICM專業(yè)分析軟件對二維成像畫面各種光學(xué)參數(shù)進(jìn)行檢測,高效地完成所測參數(shù)的數(shù)據(jù)分析,優(yōu)化產(chǎn)品成像質(zhì)量的解決方案,益于提高成品的良品率。
 平板光源
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 高亮積分球光源
高亮積分球光源
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 積分球光源
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 小型LCD光學(xué)特性自動測量系統(tǒng)
小型LCD光學(xué)特性自動測量系統(tǒng)
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