一般來說，光譜儀是一種用于研究光、物質(zhì)或物體的波長(zhǎng)相關(guān)特性的儀器；它的用途相當(dāng)廣泛： j>!sN`dBj · 光譜儀是一種可以在空間上分離光的光譜成分的儀器，單獨(dú)分析光譜成分——例如使用照相底片或外部光電探測(cè)器。所使用的分光測(cè)色儀通常是衍射光柵或棱鏡。 kaFnw(x a
· 光譜儀通常還包含一些用于分析光強(qiáng)的光電探測(cè)器。包含大型探測(cè)器陣列的光譜儀可用于記錄光源的光譜，而且無需在光柵方向掃描。當(dāng)配備強(qiáng)度校準(zhǔn)時(shí)，此類設(shè)備更具體地稱為光譜輻射計(jì)。 n\ Uh
· 其他光學(xué)光譜儀用于分析物質(zhì)或物體的光譜特性，例如與波長(zhǎng)相關(guān)的透射率或反射率。它們更具體地稱為分光光度計(jì)，并在化學(xué)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。使用包含一些窄線寬 可調(diào)諧激光器的激光光譜儀可以獲得特別高的光譜分辨率和高靈敏度。然而，這些通常只能覆蓋相當(dāng)有限的光譜區(qū)域。
,F: =(21 還有光學(xué)和光子學(xué)領(lǐng)域之外的多種光譜儀，例如用于測(cè)量顆粒速度或顆粒尺寸分布的設(shè)備。然而，本文完全聚焦于對(duì)光進(jìn)行光譜分析的光譜儀。當(dāng)對(duì)物質(zhì)或物體的分析感興趣時(shí)，請(qǐng)參閱有關(guān)分光光度計(jì)的文章。 cyMs(21 使用光譜儀進(jìn)行的測(cè)量通常會(huì)提供波長(zhǎng)或頻率函數(shù)作為光的光功率譜密度(PSD) 。并非所有光譜儀都提供經(jīng)過校準(zhǔn)的 PSD；通常，強(qiáng)度讀數(shù)未經(jīng)校準(zhǔn)，而且對(duì)于波長(zhǎng)來說可能與校準(zhǔn)因子（響應(yīng)度）有很大相關(guān)性。 z5 EVG 還有光譜相位干涉測(cè)量方法，不僅可以測(cè)量功率譜密度，還可以測(cè)量光譜相位。 ( V4G<-jG 有些光譜儀也具有成像功能，稱為成像光譜儀。請(qǐng)參閱有關(guān)高光譜成像和多光譜成像的文章。 o}~3JBn T 如果僅需要測(cè)量激光束的光譜線寬，而不需要測(cè)量詳細(xì)的光譜形狀，則可以使用其他方法，例如進(jìn)行自外差線寬測(cè)量。通過這種方法，人們可以測(cè)量非常小的線寬，其遠(yuǎn)低于典型光譜儀的分辨率。 \_ -DyD#3 2Xgx*'t\ mo9$NGM&}
光譜儀的類型
;$;rD0i| 0&$xX!] 基于衍射光柵或棱鏡的光譜儀 jG8;] XP v@_in(dk
Mi 74Xl i 大多數(shù)光譜儀都基于某種多色儀，即可以在空間上分離光的不同波長(zhǎng)成分的裝置。通常，他們利用一個(gè)或多個(gè)衍射光柵上的波長(zhǎng)相關(guān)衍射或一個(gè)或多個(gè)棱鏡上的波長(zhǎng)相關(guān)折射。 ,qy&|4Jz 通常，入射光束在入射到光柵或棱鏡之前會(huì)被準(zhǔn)直（使其平行）。在色散元件之后，不同的波長(zhǎng)分量沿差別不大的方向傳播。然后，光線可能會(huì)通過一些額外的光學(xué)器件，最后到達(dá)光電探測(cè)器。 uaxB -PZ 為了獲得光譜儀（非掃描光譜儀），光電探測(cè)器可以是光電二極管陣列、CCD陣列或類似物，記錄某個(gè)空間范圍內(nèi)的強(qiáng)度，該空間范圍對(duì)應(yīng)于某個(gè)光譜間隔。人們可以通過將不同波長(zhǎng)映射到探測(cè)器像素來直接獲得光譜。由于可以同時(shí)測(cè)量所有波長(zhǎng)分量，因此數(shù)據(jù)采集相對(duì)較快。分辨率通常受到探測(cè)器像素密度的限制，或者可能受到光學(xué)設(shè)置的限制。通過使用插值來確定光譜峰值位置，它比根據(jù)像素間距有更好的精度。 hW%p#g; 在掃描光譜儀中，檢測(cè)器可以是單個(gè)光電二極管或光電倍增管，放置在狹窄的光學(xué)狹縫之后，以便一次只有一個(gè)狹窄的波長(zhǎng)間隔可以到達(dá)檢測(cè)器。然后，假設(shè)輸入的PSD在該時(shí)間期間保持恒定，則可以移動(dòng)光柵或棱鏡的狹縫位置或角取向，使得可以掃描特定波長(zhǎng)范圍。然后該裝置充當(dāng)可調(diào)單色器。圖1 顯示了切尼爾—特納光柵單色儀的常見設(shè)計(jì)。如果以高分辨率掃描寬光譜范圍，并且如果檢測(cè)器不能非�？�，則全光譜的采集時(shí)間可能會(huì)很長(zhǎng)，例如因?yàn)榈凸夤β时仨氁笙喈?dāng)長(zhǎng)的平均時(shí)間。如果光源的屬性不穩(wěn)定，長(zhǎng)的采集時(shí)間不僅會(huì)帶來不便，而且會(huì)成為一個(gè)麻煩的問題。 CG9ba | 圖1:掃描光譜儀中使用的切尼爾—特納單色儀的設(shè)計(jì)，對(duì)于非掃描設(shè)備沒有出口狹縫（或更寬的狹縫）。
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