光纤光谱仪

什么是光纤光谱仪

光纤光谱仪（Fiber Optic Spectrometer）是以光纤作为光输入端口的微型光谱仪。它通常由入射狭缝、准直镜、色散元件（光栅）、聚焦镜和线阵探测器（CCD/CMOS）组成，没有任何活动部件，一次曝光就能得到整段光谱。

光纤让光谱仪和被测对象"分开"：光谱仪可以放在电控柜里，光纤探头伸到产线、真空腔或显微镜里去取光。这种灵活性加上毫秒级的采集速度，使它成为在线检测和嵌入式集成中最常用的光谱仪。

工作原理：光在光谱仪里走了怎样一条路

光通过光纤传导到光谱仪的狭缝入口。狭缝决定了进入光谱仪的"像"有多窄，是光谱分辨率的起点。从狭缝发出的发散光经准直镜变成平行光，以入射角 α 照到衍射光栅上。

如有定制需求，请联系：姚工，1592-808-9752，mylanview@126.com

光栅按光栅方程 d(sinα + sinβ) = mλ 把不同波长衍射到不同角度 β。聚焦镜再把每个方向的平行光会聚到焦面上不同位置，于是波长被"摊开"排在线阵探测器的像元上。

每个像元把接收到的光转换成电荷，经读出电路和 A/D 转换变成数字，再用出厂标定的"像元—波长"多项式换算成波长，就得到一条数字化的光谱。

关键性能参数与相互制约

• 波长范围：由光栅刻线密度、焦距和探测器长度共同决定。刻线越密、焦距越长，同样长的探测器覆盖的波长范围越窄。
• 光谱分辨率：由狭缝宽度、倒线色散和像元尺寸决定，通常 0.1～10 nm。狭缝像宽与约 2.5 个像元两者中较大的一个决定了最终分辨率。
• 灵敏度：取决于光学通量（狭缝、光纤芯径、数值孔径）和探测器量子效率。背照式 CCD 在可见光区量子效率可达 90% 以上。
• 信噪比与动态范围：由探测器满阱容量、暗电流和读出噪声决定；制冷探测器适合弱光与长积分。

这些参数互相牵制：窄狭缝提高分辨率却降低通光量；高刻线密度提高色散却缩小波长范围。选型的本质是在分辨率、范围和灵敏度之间找到适合应用的平衡点，下面的计算器可以直观地体会这些取舍。

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主要应用

颜色测量、LED 与光源特性分析、薄膜透反射与膜厚测量、化学溶液浓度检测、等离子体发射光谱监测（OES）、荧光检测和拉曼光谱等。体积小、无活动部件、采集速度快的特点使它特别适合在线检测、手持设备和多通道同步测量。

选型时先确定三件事：要看的波长范围、要分开的最近两条谱线的间距、以及信号有多强。前两项决定光栅、焦距和狭缝，第三项决定是否需要制冷探测器、大芯径光纤或更宽的狭缝。