AvaSpec系列微小型光纤光谱仪-.doc

AvaSpec系列微小型光纤光谱仪 光谱学是测量紫外、可见、近红外、红外波段光强度的一种技术。光谱测量的应用范围非常广泛,如颜色测量、化学成份的浓度测量、电磁辐射分析。 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。在单色仪中还要加上出射狭缝,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,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。荷兰Avantes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。 由于通信技术对光纤的需求大大增长,从而开发了低损耗的石英光纤。该光纤同样可以用于光谱仪中,把样品产生的信号光传导到光谱仪的光学平台中。由于光纤的耦合非常容易,所以很方便地搭建起由光源、取样附件和光纤光谱仪组成的测量系统。 光纤光谱仪的优点在于系统的模块化和灵活性。荷兰Avantes公司的微小型光纤光谱仪的测量速度非常快,使得它可以用于在线分析。而且由于它选用低成本的通用探测器,所以光谱仪的成本也大大降低,从而大大扩展了它的应用领域。 ·光学平台设计 荷兰Avantes公司的AvaSpec系列光谱仪采 用对称式Czerny-Turner光学平台设计,焦距有 45mm,50mm和75mm三种。 信号光由一个标准的SMA905接口进入光学 平台,先经一个球面镜准直,然后由一块平面光栅 把该准直光色散,经由第二块球面镜聚焦,最后光 谱的象就被投射到一块一维线性探测器阵列上。 光学平台内包括很多元件,使得用户可以根据自己的应用选择最合适的配置。这些元件的选择对光谱仪的参数影响非常大,如衍射光栅、入射狭缝、消二级衍射效应滤光片和探测器镀膜等。关于光谱仪的灵敏度、分辨率、带宽以及杂散光等将在后面的章节中为您介绍。 ·如何为您的应用配置光谱仪? 根据应用领域的不同,用户必须对采用模块化设计的AvaSpec光谱仪中的多种光学元件和选件进行选择。本节内容就是引导您如何选择合适的光栅、狭缝宽度、探测器和其它选件。 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A型号(300 线/mm或者B型号(600 线/mm光栅(请看“如何选择合适的光栅”部分的表2。另一个重要元件是探测器的选择。荷兰Avantes公司提供了9种有着不同的灵敏度特性曲线的探测器型号。对于紫外波段的应用,可以选用新型的2048x14像素的薄型背照式CCD探测器、256/1024像素的CMOS探测器或者深紫外(DUV增强型2048像素或3648像素CCD探测器。在近红外(NIR波段,有三种不同的InGaAs探测器可以选择。 如果您既需要较宽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 如果您需要高光学分辨率,我们建议您同时选择1200线/mm或者更高线对数的光栅(C.D.E或F型,同时选择窄狭缝和2048像素或3648像素的CCD探测器。例如,对于AvaSpec-2048光谱仪,可以选择10微米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 说起灵敏度,重要的是要区分开是光度学中的灵敏度(光谱仪所能测到的最小信号强度是多少?还是化学 计量学中的灵敏度(光谱仪能够测量到的最小吸收率差是多少?。 a. 光度计量灵敏度 对于如荧光和喇曼等需要高灵敏度光谱仪的应用,我们建议选择采用2048像素CCD 探测器的AvaSpec-2048,而且还要选择DCL-UV/VIS 探测器灵敏度增强透镜;较宽的狭缝(100微米或者更宽或者不安装狭缝;一个A 型号(300线/mm 光栅。对于A 型号光栅,光色散最小,所以它的灵敏度在所有光栅中是最高的。作为选择,还可以使用热电致冷型CCD 探测器AvaSpec-2048-TEC ,该型号可以采用长积分时间(60秒来提高信号强度,并可以降低噪声和提高动态范围。 对于需要非常高的紫外区灵敏度的应用,我们推荐具有高紫外灵敏度的薄型背照式CCD 探测器,相关的光谱仪为AvaSpec-2048x14。表4给出了不同类型探测器的光度灵敏度数据,而图5则给出了每种探测器的光谱响应曲线。 b. 化学计量灵敏度 为了能探测出两个幅值很接近的吸收率数值,不但要求探测器的灵敏度高,还要求信噪比高。信噪比最高的探测器是2048x14像素的薄型背照式CCD ,和256/1024像素 CMOS 探测器。而通过在AvaSoft 软件中把多幅光谱图平均也可以提高信噪比。 4.测量时间与数据传输速度