光谱仪的重要参数及其代表的含义

2025-06-30

比较常见的波长范围是300-700nm可见光光谱仪,200-1100nm、900-1700nm近红外光谱仪,也就是可以探测紫外光、可见光和短波近红外光,部分光谱仪也可以根据需要将波长范围扩展至200-2500nm,覆盖整个紫外可见-近红外波段。

光栅及探测器的类型会影响波长范围,宽的波长范围意味着低的光谱分辨率,所以用户需要在波长范围和光谱分辨率两个参数间做权衡。如果同时需要宽的波长范围和高的波长分辨率,则需要组合使用多个光谱仪通道(多通道光谱仪)。

波长分辨率

指衡量光谱仪能够分辨波长的能力,需要注意的是波长分辨率与光谱采样间隔不同,光谱采样区间是数据在x横坐标上的间隔。但是高光谱分辨率意味着波长范围窄,所以在要求高分辨率的同时,也要考虑到波长范围。

光谱仪动态范围

光谱仪动态范围是指最大可检信号(接近饱和时)值除以最小可检信号 ,这可以认为是被光谱仪分解成的不同强度单元,最小可检信号定义为平均值等同于基线噪声的信号,这代表了信噪比为1。

光谱仪灵敏度

光谱仪灵敏度是一个衡量可见光输入与光谱输出关系的参数,检测器灵敏度不是指光谱仪灵敏度,通常是可以通过以下两种方法表示的:

1、单位入射辐射功率(单位:瓦)的输出电流(单位:安)

灵敏度可以由在给定辐射功率的发光光源条件下,检测器输出的电流值来确定。这种方法测得的单位通常是A/W(这经常作为检测器的响应率,见NEP)。当灵敏度被表达成A/W时,检测器的量子效率和灵敏度由以下公式得出:

QE = Sx1240/λ x 100 (%),这里λ是波长,单位是nm。

2、单位入射曝光量(单位:lux.s)的输出电压(单位:V)

灵敏度也可以由在一定大小的曝光量下,检测器的输出电压值来确定。通常这种方法测得的灵敏度单位是V/lux.s。

3、灵敏度可以表示成生成每隔count时需要的入射光的光子数量。

干扰与稳定性

实际光谱仪与理想光谱仪的重要区别之一是其内部存在杂散光等干扰。杂散光会影响信号的准确性并对测量弱信号带来干扰。超低杂散光平台能够降低光路中的杂散光3-5倍。光谱仪的光路和探测器都不可避免地随着环境而变化,例如环境温度的变化会导致光谱仪波长(轴)的漂移,对光路和探测器做特殊处理能够增强光谱仪的长期稳定性。然而,这些特殊处理会增加光谱仪的硬件成本。