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奧譜天成（廈門）光電有限公司

（應(yīng)用文檔）

可見近紅外光纖光譜儀

在透射率應(yīng)用中的示例

可見近紅外光纖光譜儀在透射率應(yīng)用中的示例

一、       可見近紅外光纖光譜儀

光譜儀器是光學(xué)儀器的重要組成部分，它是應(yīng)用光學(xué)原理，對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和成分等進(jìn)行測(cè)量、分析和處理的基本設(shè)備，具有分析精度高、測(cè)量范圍大、速度快等優(yōu)點(diǎn)。

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(jià)格都比較昂貴，所以本文提出了將高性價(jià)比的CMOS傳感器芯片應(yīng)用于可見近紅外光譜儀中的設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)采用光纖作為導(dǎo)光元件，通過(guò)光柵進(jìn)行分光處理，處理過(guò)的光束平行投射在傳感器的表面，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再通過(guò)電路部分的A/D轉(zhuǎn)化、信號(hào)存儲(chǔ)和傳輸，將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，進(jìn)行光譜圖像顯示和分析設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)大小合理的光學(xué)系統(tǒng)。

文章最后通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證了用該方案設(shè)計(jì)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(dá)2.0nm。

二、       應(yīng)用原理

首先，光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)光纖傳輸?shù)焦庾V儀中。光纖的引入使得采樣方式更加靈活，可以適應(yīng)被測(cè)樣品的復(fù)雜形狀和位置。當(dāng)光線入射到玻璃等透明材料時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出反射、吸收和透射三種性質(zhì)。透射光是指除去反射和吸收損失掉的光能后，通過(guò)材料的光。這種通過(guò)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(nèi)部，光信號(hào)首先通過(guò)入射狹縫，投射到準(zhǔn)直物鏡上。狹縫的作用是限制光線的進(jìn)入范圍，而準(zhǔn)直物鏡則將發(fā)散的光變成準(zhǔn)平行光束。接著，準(zhǔn)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(zhǎng)的光分散開來(lái)，形成光譜。這個(gè)色散過(guò)程基于光的波動(dòng)性和干涉效應(yīng)，不同波長(zhǎng)的光在光柵的作用下會(huì)產(chǎn)生不同的衍射角度，從而實(shí)現(xiàn)光譜的分離。

分散后的光經(jīng)過(guò)成像反射鏡，將光譜成像在陣列探測(cè)器的接收面上。每個(gè)像元對(duì)應(yīng)光譜中的一個(gè)微小譜帶，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)光譜的測(cè)量。探測(cè)器對(duì)光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和分析，得到光的光譜信息。通過(guò)對(duì)光譜信息的分析和處理，可以獲取被測(cè)物質(zhì)的光譜特征和相關(guān)參數(shù)，包括透射率等。

總的來(lái)說(shuō)，可見光纖光譜儀透射率應(yīng)用原理是通過(guò)光學(xué)干涉、色散以及光的透射性質(zhì)，利用光纖將光信號(hào)引入光譜儀，經(jīng)過(guò)光柵的色散和探測(cè)器的檢測(cè)，獲取被測(cè)物質(zhì)的透射率等光譜信息。這種方法在材料科學(xué)、光學(xué)研究等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。該儀器選用的光譜儀其波長(zhǎng)范圍為200-1110nm，波長(zhǎng)準(zhǔn)確度為±0.5nm，波長(zhǎng)重現(xiàn)性為±0.1nm（波長(zhǎng)溫度漂移0.4nm/10℃）。

三、       樣品及測(cè)試方法

本次測(cè)試樣品為五種類型的測(cè)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(chǎn)的可見近紅外微型光纖光譜儀ATP2400。

測(cè)試條件：積分時(shí)間80 us，平均次數(shù)5次，掃描范圍200-1110nm，室溫。

四、       測(cè)試結(jié)果和分析

4.1 樣品相對(duì)強(qiáng)度對(duì)比

圖 1 樣品相對(duì)強(qiáng)度對(duì)比

4.2 樣品透射率對(duì)比

圖 2 樣品透射率對(duì)比

五、       結(jié)論

透射率測(cè)試結(jié)論主要取決于具體的測(cè)試條件、測(cè)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(duì)五種玻璃樣品進(jìn)行了透射率測(cè)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(qū)分度較小。其中，2號(hào)與3號(hào)的透射率位置相差不大，透射率相差越4%，而4號(hào)與5號(hào)的透射率位置相差也基本一致，透射率相差約2%。1號(hào)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(gè)波段的性能差異不顯著，具體還需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求來(lái)判斷。

此外，透射率的測(cè)試結(jié)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小巧、光譜范圍可配置、分辨率高以及雜散光低等優(yōu)點(diǎn)，這有助于獲得更準(zhǔn)確、可靠的透射率測(cè)試結(jié)果。

綜上所述，透射率測(cè)試結(jié)論需要根據(jù)具體的測(cè)試條件、樣品以及光譜儀性能來(lái)綜合判斷。在實(shí)際應(yīng)用中，還需要考慮其他因素如樣品的厚度、表面狀態(tài)以及光源的穩(wěn)定性等，以獲得更全面、準(zhǔn)確的透射率測(cè)試結(jié)果。

六 奧譜天成生產(chǎn)的光纖光譜儀產(chǎn)品

圖 3 奧譜天成生產(chǎn)的地物光譜儀產(chǎn)品