微型光纖光譜儀在選型時(shí)有哪些要注意

　?、?光學(xué)分辨率
 

　　光學(xué)分辨率是配置微型光纖光譜儀時(shí)經(jīng)常被考慮的主要因素之一。當(dāng)用戶為了追求微型光纖光譜儀的高分辨率時(shí)，在選型時(shí)會(huì)選擇具有盡可能多像元數(shù)探測(cè)器的微型光譜儀。而實(shí)際上光學(xué)分辨率不僅僅由探測(cè)器的像元數(shù)決定，還與狹縫寬度和光柵的刻線密度有關(guān)。所以當(dāng)討論分辨率時(shí)，通常用色散或用波長(zhǎng)范圍除以像元數(shù)。
 

　　半高全寬值(FWHM)，即大峰值光強(qiáng)一半處所對(duì)應(yīng)的譜線寬度是一種表述分辨率更好的方法(見上圖)。用FWHM可以對(duì)不同光譜儀的實(shí)際光學(xué)性能進(jìn)行直接對(duì)比。用這種表示方法可以避免一些缺陷，例如：有的光柵并沒有用到全部像元;采用交叉式Czerny-Turner光路設(shè)計(jì)的光譜儀中，光學(xué)系統(tǒng)不能把狹縫清晰地成像在探測(cè)器上，這是由于光路中過大的反射角和固有的系統(tǒng)放大倍率造成的。
 

　?、?靈敏度
 

　　靈敏度是配置光譜儀時(shí)所需要考慮的另一個(gè)因素?，F(xiàn)在的主流微型光纖光譜儀都采用線陣探測(cè)器，所以靈敏度跟像素?cái)?shù)沒有任何關(guān)系。但面陣探測(cè)器例外，因?yàn)槊骊囂綔y(cè)器在垂直方向的每個(gè)像素都會(huì)被累積，在某種意義上垂直方向上的所有像素的累積可以被看成一個(gè)更大的像素。因此，在考慮某種應(yīng)用對(duì)靈敏度的要求時(shí)，更重要的是看探測(cè)器的響應(yīng)曲線。下圖中給出了海洋光學(xué)微型光纖光譜儀采用的兩種典型探測(cè)器的靈敏度響應(yīng)曲線。
 

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　　信噪比也是選配微型光纖光譜儀的一個(gè)因素。對(duì)于CCD光譜儀，較高的靈敏度導(dǎo)致了較低的信噪比。在一定范圍內(nèi)，可以通過對(duì)光譜進(jìn)行多次平均來提高信噪比。平均次數(shù)的平方根恰好是信噪比提高的倍數(shù)。例如，光譜平均100次，信噪比能提高10倍。有些應(yīng)用需要較高的信噪比，此時(shí)用戶應(yīng)當(dāng)比較在光譜儀中的光學(xué)平臺(tái)和探測(cè)器的綜合信噪比。需要強(qiáng)調(diào)的是，用戶一定要搞清楚廠家給出的信噪比是不是整個(gè)光譜儀系統(tǒng)的信噪比，因?yàn)橹挥姓麄€(gè)光譜儀系統(tǒng)的信噪比是很重要的。一個(gè)信噪比高的探測(cè)器配一個(gè)性能不高的光路，那么它的高信噪比就沒有實(shí)際意義。比較不同探測(cè)器和微型光纖光譜儀間的信噪比的比較好的方法是：測(cè)量100次，然后對(duì)每個(gè)像元計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，信噪比等于平均值除以標(biāo)準(zhǔn)偏差。測(cè)量信噪比時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)接近飽和，并設(shè)置正確的平滑值(如果需要的話)。
 

　?、?光柵選擇
 

　　光柵選擇是比較復(fù)雜的。通常有兩個(gè)因素決定了光柵的選擇：波長(zhǎng)范圍和光學(xué)分辨率。波長(zhǎng)范圍受限于所選擇的探測(cè)器或光柵，或二者都有。光學(xué)分辨率不僅受限于光柵，還受限于狹縫寬度和探測(cè)器的像元數(shù)和像元尺寸。還要考慮第三個(gè)因素，即光柵還會(huì)影響系統(tǒng)的靈敏度，這是因?yàn)椴煌墓鈻诺拈W耀波長(zhǎng)(即高效率)位置各不相同。當(dāng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置時(shí)，好查看一下光柵的效率曲線。下圖中是海洋光學(xué)微型光纖光譜儀采用的幾種典型的600線/mm光柵的效率曲線，效率高點(diǎn)從紫外區(qū)到近紅外區(qū)。
 

　?、?狹縫
 

　　狹縫了也是選配微型光纖光譜儀的一個(gè)因素。微型光纖光譜儀有多種狹縫尺寸供您選擇，狹縫安裝在光纖接頭處(見圖)，并且被的固定在光譜儀上。有兩點(diǎn)需要記住，狹縫越小，光學(xué)分辨率越高;狹縫越大，進(jìn)入光學(xué)平臺(tái)的光通量越多，即靈敏度越高。從本質(zhì)上說，需要折中兼顧光譜儀的分辨率和靈敏度。
 

　　⑥ 其他
 

　　選擇微型光纖光譜儀的其他選項(xiàng)會(huì)相對(duì)容易一些。例如可以選擇升級(jí)UV4探測(cè)器后，探測(cè)器上的標(biāo)準(zhǔn)BK7窗片將會(huì)被石英窗片替代，用來增強(qiáng)海洋光學(xué)微型光纖光譜儀在波長(zhǎng)340nm以下紫外區(qū)的響應(yīng)能力。而其它探測(cè)器，比如薄型背照式CCD或CMOS則不需要這個(gè)選項(xiàng)。而為了避免二、三級(jí)衍射效應(yīng)的影響，可以通過在位于狹縫與消包層模式孔之間的SMA905連接器中安裝長(zhǎng)通濾光片或在探測(cè)器的窗口處安裝OFLV消除高階衍射濾光片。
 

　　正如上面介紹的幾個(gè)因素所表明的，通過一些簡(jiǎn)單的步驟就就可以配置好滿足您應(yīng)用的微型光纖光譜儀。除了光譜儀，我們可能還需要考慮種類紛雜的光源和采樣附件。