在光譜分析領(lǐng)域，光譜分析儀作為新興且極具潛力的精密設(shè)備，憑借其獨(dú)特優(yōu)勢，已在材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、天文學(xué)等眾多領(lǐng)域嶄露頭角。國儀光子憑借在該領(lǐng)域的深厚技術(shù)積累，其光譜分析儀產(chǎn)品在市場上具有顯著的競爭力。本文將從技術(shù)本質(zhì)、行業(yè)應(yīng)用、技術(shù)優(yōu)勢以及選型建議等方面，對(duì)光譜分析儀進(jìn)行全面剖析。

光譜分析儀是基于光纖傳輸光信號(hào)，并利用分光技術(shù)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行波長分析的精密儀器。它主要由入射狹縫、準(zhǔn)直物鏡、色散元件(光柵或棱鏡)、聚焦光學(xué)系統(tǒng)和探測器等部分組成。其工作流程如下：

光信號(hào)聚焦：分離后的光信號(hào)被聚焦到光電探測器數(shù)組(如 CCD 或 CMOS)上，光信號(hào)在此轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

光信號(hào)采集：發(fā)出的光通過光纖傳輸至樣品處，樣品反射或透射的光信號(hào)再經(jīng)光纖傳輸至光譜儀。

光信號(hào)分解：進(jìn)入光譜儀的光信號(hào)，先經(jīng)準(zhǔn)直物鏡或光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為平行光，再通過色散元件(光柵或棱鏡)分解成不同波長的光束。

光譜數(shù)據(jù)分析：探測器上的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理后，即可得到所需的光譜數(shù)據(jù)。

在現(xiàn)代科學(xué)儀器中，光譜儀是分析光的重要工具。而光纖光譜儀，作為其中的一種緊湊型分支，正在被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)療、半導(dǎo)體制造、食品安全、材料分析等眾多領(lǐng)域。那么，什么是光纖光譜儀?它的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)又是怎樣的?本文將用通俗易懂的方式為你揭開光纖光譜儀的“神秘面紗”。

一、什么是光纖光譜儀?

光纖光譜儀是一種通過光纖采集被測光源，并對(duì)其進(jìn)行光譜分解與分析的儀器。簡單來說，它能把“光”分解成不同波長的成分，然后告訴你每個(gè)波長有多強(qiáng)。光纖光譜儀的最大特點(diǎn)在于其小型化、高靈敏、響應(yīng)速度快，并且能靈活地通過光纖探頭進(jìn)行遠(yuǎn)程采樣和在線分析。與傳統(tǒng)的臺(tái)式光譜儀相比，光纖光譜儀不需要復(fù)雜的光路調(diào)節(jié)和龐大的機(jī)械結(jié)構(gòu)，它將“采樣、傳光、分光、探測”這幾個(gè)環(huán)節(jié)整合在一個(gè)小巧的系統(tǒng)中，極大地提升了便攜性與實(shí)用性。

二、光纖光譜儀的工作原理

要理解光纖光譜儀的工作原理，先要知道“光譜”是什么。光譜是光的組成成分的圖譜。不同的光，包含不同波長的光子，這些波長對(duì)應(yīng)不同的能量。比如，可見光的范圍大約是400納米到700納米，紫光波長短，紅光波長長。通過對(duì)光譜的分析，我們可以得知光源的物理或化學(xué)信息。光纖光譜儀的基本原理可以簡化為四個(gè)步驟：采樣：通過一根柔性的光纖探頭，將被測樣品發(fā)出的光信號(hào)引入儀器;傳光：光纖將光線導(dǎo)入到光譜儀內(nèi)部;分光：內(nèi)部的光柵或棱鏡將復(fù)合光分解為不同波長的單色光;探測：分解后的光線投射到光電探測器(如CCD或CMOS)上，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并輸出為光譜圖。整個(gè)過程無需移動(dòng)部件，快速、高效，能夠?qū)崟r(shí)地進(jìn)行光譜檢測。根據(jù)檢測波段不同，光纖光譜儀可以分為可見光光譜儀、紫外可見光譜儀、近紅外光譜儀等不同類型。

三、光纖光譜儀的核心結(jié)構(gòu)組成

盡管結(jié)構(gòu)緊湊，光纖光譜儀依然包含多個(gè)精密組件。主要組成部分如下：輸入光纖作為系統(tǒng)的“眼睛”，輸入光纖負(fù)責(zé)將外部光線導(dǎo)入儀器。它的核心參數(shù)包括光纖芯徑、數(shù)值孔徑(NA)等，這些都會(huì)影響采樣效率和分辨率。狹縫光線通過狹縫進(jìn)入光譜儀，狹縫的寬度決定了系統(tǒng)的光通量和分辨率，寬狹之間往往需要在靈敏度和精度之間做平衡。準(zhǔn)直鏡(Collimating Lens)準(zhǔn)直鏡將從光纖出來的散射光變成平行光，送入分光元件。它是連接采樣與分光過程的關(guān)鍵中介。光柵(Diffraction Gratin這是整個(gè)儀器的“心臟”，用于將光線分解成不同波長。常見的是衍射光柵，它通過不同波長的光在柵線上發(fā)生不同程度的衍射，實(shí)現(xiàn)波長分離。聚焦鏡將被光柵分解后的不同波長的光重新聚焦到探測器上，不同波長對(duì)應(yīng)探測器上的不同位置。探測器陣列(Detector)如CCD或CMOS傳感器，將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。信號(hào)經(jīng)過放大和數(shù)字化處理后，形成可供分析的光譜數(shù)據(jù)。信號(hào)處理模塊與數(shù)據(jù)輸出接口最后，信號(hào)被傳輸?shù)接?jì)算機(jī)或終端設(shè)備上，通過軟件進(jìn)行可視化和分析。這一部分決定了用戶使用的便捷程度和分析功能的強(qiáng)弱。

四、為什么光纖光譜儀越來越受歡迎?

光纖光譜儀的成功，得益于其結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)迅速、使用靈活等特點(diǎn)。它不僅可以便攜使用，還適合集成到生產(chǎn)線、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)或戶外測量設(shè)備中，極大地拓寬了應(yīng)用場景。此外，隨著CMOS探測器、微型光柵和高速處理芯片的發(fā)展，現(xiàn)代光纖光譜儀已經(jīng)能夠做到高分辨率、寬波段、低功耗，并可結(jié)合AI進(jìn)行智能分析，正逐步從“實(shí)驗(yàn)室設(shè)備”走向“現(xiàn)場工具”。光纖光譜儀是現(xiàn)代光譜分析技術(shù)發(fā)展中的重要成果，它以小巧的身形承載了強(qiáng)大的分析能力。理解其原理和結(jié)構(gòu)，有助于我們?cè)诳蒲?、工業(yè)、醫(yī)療、環(huán)保等領(lǐng)域更高效地使用這一工具。未來，隨著光電技術(shù)的不斷進(jìn)步，光纖光譜儀還將在更多未知的領(lǐng)域大展身手。

光譜分析器：光譜分析器是光纖光譜儀的核心部分，用于對(duì)光信號(hào)進(jìn)行光譜分析。常見的光譜分析器包括光柵光譜儀、邁克爾遜干涉儀等。光譜分析器通過分散光信號(hào)，將不同波長的光信號(hào)分離出來，并記錄其光強(qiáng)度。

探測器：探測器用于測量分離出來的光信號(hào)的光強(qiáng)度。常見的探測器包括光電二極管、光電倍增管等。探測器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并通過電路處理和放大，得到光譜分析的結(jié)果。

光纖光譜儀的工作原理是光信號(hào)從光源發(fā)出，經(jīng)由光纖傳輸?shù)焦庾V分析器。光譜分析器對(duì)光信號(hào)進(jìn)行分散，將不同波長的光信號(hào)分離出來，并通過探測器測量其光強(qiáng)度。最終得到的光強(qiáng)度隨波長變化的曲線就是光譜圖。根據(jù)光譜圖，可以分析物質(zhì)的成分、濃度以及其他相關(guān)的物理特性。

此外，國產(chǎn)光纖光譜儀通常還包括入射狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件(光柵或棱鏡)、聚焦光學(xué)系統(tǒng)和探測器等部分。入射狹縫將入射的光信號(hào)導(dǎo)入光譜儀內(nèi)部，準(zhǔn)直鏡使光學(xué)信號(hào)的光線平行，色散元件將平行光行色散，聚焦光學(xué)系統(tǒng)收集色散的光學(xué)信號(hào)，使得大部分入射狹縫的單色影像聚焦于焦平面，探測器則放置于焦平面，檢測大部分單色影像的光強(qiáng)度。在檢測分析領(lǐng)域，光纖光譜儀以其小巧便攜和強(qiáng)大功能成為科研人員的得力助手。它能幫助我們"解碼"物質(zhì)的光譜信息，廣泛應(yīng)用于材料成分分析、光源穩(wěn)定性監(jiān)測以及工業(yè)質(zhì)量控制等領(lǐng)域。對(duì)于初次接觸這項(xiàng)設(shè)備的用戶來說，掌握正確的使用方法至關(guān)重要。