奧譜天成可見近紅外光纖光譜儀在透射率應用中的示例

一、       可見近紅外光纖光譜儀

光譜儀器是光學儀器的重要組成部分，它是應用光學原理，對物質的結構和成分等進行測量、分析和處理的基本設備，具有分析精度高、測量范圍大、速度快等優點。

目前市面上的可見近紅外光譜儀多采用背向減薄式或鍍膜CCD作為感光元件，價格都比較昂貴，所以本文提出了將高性價比的CMOS傳感器芯片應用于可見近紅外光譜儀中的設計方案，系統采用光纖作為導光元件，通過光柵進行分光處理，處理過的光束平行投射在傳感器的表面，進而轉化為電信號，再通過電路部分的A/D轉化、信號存儲和傳輸，將數據上傳到上位機，進行光譜圖像顯示和分析設計中，為了讓傳感器感光元件得到均勻單色性好、分辨率高的平行光束，需要搭建一套結構大小合理的光學系統。

文章最后通過設計實驗對比，驗證了用該方案設計的可見近紅外光纖光譜儀，具有良好的可見波段敏感性，頻譜范圍為200nm～1100nm，分辨率可達2.0nm。

二、       應用原理

首先，光源發出的光經過光纖傳輸到光譜儀中。光纖的引入使得采樣方式更加靈活，可以適應被測樣品的復雜形狀和位置。當光線入射到玻璃等透明材料時，會表現出反射、吸收和透射三種性質。透射光是指除去反射和吸收損失掉的光能后，通過材料的光。這種通過材料前后光能的變化即為材料的透射性能，以透射率表示。

在光譜儀內部，光信號首先通過入射狹縫，投射到準直物鏡上。狹縫的作用是限制光線的進入范圍，而準直物鏡則將發散的光變成準平行光束。接著，準平行光被投射到色散元件上，通常是光柵。光柵的作用是將不同波長的光分散開來，形成光譜。這個色散過程基于光的波動性和干涉效應，不同波長的光在光柵的作用下會產生不同的衍射角度，從而實現光譜的分離。

分散后的光經過成像反射鏡，將光譜成像在陣列探測器的接收面上。每個像元對應光譜中的一個微小譜帶，從而實現對整個光譜的測量。探測器對光信號進行檢測和分析，得到光的光譜信息。通過對光譜信息的分析和處理，可以獲取被測物質的光譜特征和相關參數，包括透射率等。

總的來說，可見光纖光譜儀透射率應用原理是通過光學干涉、色散以及光的透射性質，利用光纖將光信號引入光譜儀，經過光柵的色散和探測器的檢測，獲取被測物質的透射率等光譜信息。這種方法在材料科學、光學研究等領域具有廣泛的應用價值。該儀器選用的光譜儀其波長范圍為200-1110nm，波長準確度為±0.5nm，波長重現性為±0.1nm（波長溫度漂移0.4nm/10℃）。

三、       樣品及測試方法

本次測試樣品為五種類型的測試樣品：

5種不同透射位置的濾光片

采用奧譜天成（廈門）光電有限公司生產的可見近紅外微型光纖光譜儀ATP2400。

測試條件：積分時間80 us，平均次數5次，掃描范圍200-1110nm，室溫。

四、       測試結果和分析

4.1 樣品相對強度對比

圖 1 樣品相對強度對比

4.2 樣品透射率對比

圖 2 樣品透射率對比

五、       結論

透射率測試結論主要取決于具體的測試條件、測試樣品以及所使用的光譜儀性能。我們可以了解到使用奧譜天成2400光纖光譜儀對五種玻璃樣品進行了透射率測試。

在500-700nm波段，這四種玻璃樣品的透射率普遍較高，但彼此之間的區分度較小。其中，2號與3號的透射率位置相差不大，透射率相差越4%，而4號與5號的透射率位置相差也基本一致，透射率相差約2%。1號樣品的透射位置及透射與其他幾種樣品差異較大。然而，這并不意味著這些樣品在這個波段的性能差異不顯著，具體還需要根據具體的應用場景和需求來判斷。

此外，透射率的測試結論還受到光譜儀性能的影響。如奧譜天成2400光纖光譜儀具有結構設計小巧、光譜范圍可配置、分辨率高以及雜散光低等優點，這有助于獲得更準確、可靠的透射率測試結果。

綜上所述，透射率測試結論需要根據具體的測試條件、樣品以及光譜儀性能來綜合判斷。在實際應用中，還需要考慮其他因素如樣品的厚度、表面狀態以及光源的穩定性等，以獲得更全面、準確的透射率測試結果。

六 奧譜天成生產的光纖光譜儀產品

圖 3 奧譜天成生產的光纖光譜儀產品