光栅光谱仪设计知识，您做过这方向吗？

  光谱学是测量紫外、可见、近红外和红外波段光强度的一种技术。光谱测量被广泛应用于多种领域，如颜色测量、化学成份的浓度检测或电磁辐射分析等。光谱仪器一般都包括入射狭缝、准直镜、色散元件（光栅或棱镜）、聚焦光学系统和探测器。而在单色仪中通常还包括出射狭缝，让整个光谱中一个很窄的部分照射到单象元探测器上。单色仪中的入射和出射狭缝往往位置固定而宽度可调，可以通过旋转光栅来对整个光谱进行扫描。  　 　

        在九十年代，微电子领域中的多象元光学探测器迅猛发展，如 CCD 阵列、光电二极管（ PD ）阵列等，使生产低成本扫描仪和 CCD 相机成为可能。美国海洋光学公司的光谱仪使用了同样的 CCD 和光电二极管阵列（ PDA ）探测器，可以对整个光谱进行快速扫描而不必移动光栅。

1. 波长范围  　 　

       在为一台光谱仪系统选择最优化配置的时侯， 波长范围 是决定光栅型号的首先要考虑的重要参数。如果您需要较宽的波长范围，我们建议您使用600 线 / 毫米的光栅（请看光谱仪产品一节中的光栅选择表）。另一个重要元件是探测器的选择。美国海洋光学公司提供了 7 种有着不同的灵敏度特性曲线的探测器型号。对于紫外（ UV ）波段的应用，可以选用深紫外（ DUV ）增强型 2048 或者 3648 像素 CCD 探测器。在近红外（ NIR ）波段，有两种不同的 InGaAs 探测器可以选择。如果您既需要较宽的波长范围同时又需要高分辨率，则多通道光谱仪是最佳的选择。  

2. 光学分辨率  　 　

      如果您需要很高的 光学分辨率 ，我们建议您选择 1200 线 / 毫米或者更高线对数的光栅，同时选择窄狭缝和 2048 或 3648 像素的 CCD 探测器。例如，对于Maya 2000pro光谱仪，可以选择 10um狭缝来获得最佳分辨率。（请看光谱仪产品部分的光学分辨率表）。  

3. 灵敏度  　    

        光度学中的灵敏度（光谱仪所能探测到的最小信号强度是多少？） 对于如 荧光和拉曼等需要高灵敏度光谱仪的应用，我们建议选择采用热电制冷型1024像素二维面阵CCD探测器的QE65000，而且还要选择探测器聚光透镜、SAG+UPG反射镜、较宽的狭缝（100um或者更宽），该型号可以采用长积分时间（从7毫秒到15分钟）来提高信号强度，并可以降低噪声和提高动态范围。  　 　 

4.测量时间与数据传输速度  　 　

        光谱仪的数据获取能力可以通过使用阵列型探测器并且不采用运动组件的方式大大提高。然而，对于每个具体应用都有其最优化的探测器。如对于需要快速响应的应用， 我们推荐使用 USB2000+光谱仪，最小积分时间是1毫秒，是有史以来最快的光纤光谱仪。而对于那些对数据传输时间要求非常严格的应用，我们推荐选择USB2000+光谱仪，通过USB2.0接口每秒钟可以完成1000完整的数据采集。

1、 如何选择合适的光栅？ 　　 　 　

衍射光栅是一种把入射的多色光分解成它所包含的单色光的光学元件。光栅是由一系列等宽等间距的平行凹槽构成的，而这些凹槽是在镀反射膜的基底材料上刻划制成的。按照 凹槽形成方式的不同可以把光栅分成两种：全息光栅和刻划光栅。刻划光栅是 用刻划机上的钻石刻刀在涂薄金属反射表面上机械刻划而成 ；而全息光栅则是由激光束干涉图样和光刻过程形成的。 美国海洋光学光谱仪中的光栅既有全息光栅，也有刻划光栅。  　 　光纤光谱仪中的光栅要由用户指定，并永久安装在光谱仪中。接下来用户就要说明所需要的波长范围。有时光栅的标称可用光谱范围大于照射到探测器上的光谱范围，这时为了覆盖更宽的光谱范围，可选择双通道或三通道光谱仪。这些主通道和从通道可以选择不同的光栅。类似的，双通道或三通道光谱仪也可以使用户在更宽的光谱范围内实现更高的分辨率。光谱仪的光谱范围取决于光栅的起始波长和光栅线对数。波长越长则色散效应越大，光栅所覆盖的波长范围就越小。而整台光谱仪的效率则由光纤的传输效率、光栅和反射镜的效率、探测器及其膜层灵敏度的效率共同决定。 

 2、如何选择最优的光学分辨率？ 　　

       光谱仪的光学分辨率定义为光谱仪所能分辨开的最小波长差。要把两个光谱线分开则至少要把它们成象到探测器的两个相邻象元上。因为光栅决定了不同波长在探测器上可分开的程度（色散），所以它是决定光谱仪分辨率的一个非常重要的参数。另一个重要参数是进入到光谱仪的光束宽度，它基本上取决于光谱仪上安装的固定宽度的入射狭缝或光纤芯径（当没有安装狭缝时）。美国海洋光学公司所提供的狭缝尺寸有：5，10，25，50，100，200μm×1000μm（高）。在指定波长处，狭缝在探测器阵列上所成的象通常会覆盖几个象元。如果要分开两条光谱线，就必须把它们色散到这个象尺寸再加上一个象元。当使用大芯径的光纤时，可以通过选择比光纤芯径窄的狭缝来提高光谱仪的分辨率。因为这样会大大降低入射光束的宽度。 光栅的线对数越高，色散效应随波长变化就会越显著，波长越长色散效应越大，因此在最长波长处会得到最高分辨率。

     设计了一款波段1250-1460nm平面光栅光谱仪，光谱分辨率0.5nm，探测器像元大小30um，采用的是Czerny-Turner光谱仪M型式。大致结构图与传递函数图如下所示：