簡介

光譜儀(Spectroscope)是將成分復雜的光分解為光譜線的科學儀器,，由棱鏡或衍射光柵等構(gòu)成,，利用光譜儀可測量物體表面反射的光線。陽光中的七色光是肉眼能分的部分(可見光),，但若通過光譜儀將陽光分解,，按波長排列，可見光只占光譜中很小的范圍,，其余都是肉眼無法分辨的光譜,，如紅外線、微波,、紫外線,、X射線等等。通過光譜儀對光信息的抓取,、以照相底片顯影,，或電腦化自動顯示數(shù)值儀器顯示和分析，從而測知物品中含有何種元素,。這種技術被廣泛地應用于空氣污染,、水污染、食品衛(wèi)生,、金屬工業(yè)等的檢測中,。

將復色光分離成光譜的光學儀器。光譜儀有多種類型,，除在可見光波段使用的光譜儀外,，還有紅外光譜儀和紫外光譜儀。按色散元件的不同可分為棱鏡光譜儀,、光柵光譜儀和干涉光譜儀等,。按探測方法分，有直接用眼觀察的分光鏡，用感光片記錄的攝譜儀,，以及用光電或熱電元件探測光譜的分光光度計等,。單色儀是通過狹縫只輸出單色譜線的光譜儀器，常與其他分析儀器配合使用,。

圖中所示是三棱鏡色譜儀的基本結(jié)構(gòu),。狹縫S與棱鏡的主截面垂直，放置在透鏡L的物方焦面內(nèi),，感光片放置在透鏡L的像方焦面內(nèi),。用光源照明狹縫S，S的像成在感光片上成為光譜線,，由于棱鏡的色散作用,，不同波長的譜線彼此分開，就得入射光的光譜,。棱鏡攝譜儀能觀察的光譜范圍決定于棱鏡等光學元件對光譜的吸收,。普通光學玻璃只適用于可見光波段，用石英可擴展到紫外區(qū),，在紅外區(qū)一般使用氯化鈉,、溴化鉀和氟化鈣等晶體。普遍使用的反射式光柵光譜儀的光譜范圍取決于光柵條紋的設計,，可以具有較寬的光譜范圍,。

表征光譜儀基本特性的參量有光譜范圍、色散率,、帶寬和分辨本領等,。基于干涉原理設計的光譜儀（如法布里-珀羅干涉儀,、傅立葉變換光譜儀）具有很高的色散率和分辨本領,，常用于光譜精細結(jié)構(gòu)的分析。

原理

根據(jù)現(xiàn)代光譜儀器的工作原理,，光譜儀可以分為兩大類：經(jīng)典光譜儀和新型光譜儀,。經(jīng)典光譜儀器是建立在空間色散原理上的儀器；新型光譜儀器是建立在調(diào)制原理上的儀器,。經(jīng)典光譜儀器都是狹縫光譜儀器,。調(diào)制光譜儀是非空間分光的，它采用圓孔進光,。

根據(jù)色散組件的分光原理,，光譜儀器可分為：棱鏡光譜儀，衍射光柵光譜儀和干涉光譜儀,。光學多道分析儀OMA(OpticalMulti-channelAnalyzer)是近十幾年出現(xiàn)的采用光子探測器(CCD)和計算機控制的新型光譜分析儀器,，它集信息采集,，處理，存儲諸功能于一體,。由于OMA不再使用感光乳膠,，避免和省去了暗室處理以及之后的一系列繁瑣處理,，測量工作,，使傳統(tǒng)的光譜技術發(fā)生了根本的改變，大大改善了工作條件,，提高了工作效率,；使用OMA分析光譜，測量準確迅速,，方便,，且靈敏度高，響應時間快,，光譜分辨率高,，測量結(jié)果可立即從顯示屏上讀出或由打印機，繪圖儀輸出,。它己被廣泛使用于幾乎所有的光譜測量,，分析及研究工作中，特別適應于對微弱信號,，瞬變信號的檢測,。

構(gòu)成

一臺典型的光譜儀主要由一個光學平臺和一個檢測系統(tǒng)組成。包括以下幾個主要部分：

1.入射狹縫:在入射光的照射下形成光譜儀成像系統(tǒng)的物點,。

2.準直元件:使狹縫發(fā)出的光線變?yōu)槠叫泄?。該準直元件可以是一獨立的透鏡、反射鏡,、或直接集成在色散元件上,，如凹面光柵光譜儀中的凹面光柵。

3.色散元件:通常采用光柵,，使光信號在空間上按波長分散成為多條光束,。

4.聚焦元件:聚焦色散后的光束，使其在焦平面上形成一系列入射狹縫的像,，其中每一像點對應于一特定波長,。

5.探測器陣列：放置于焦平面，用于測量各波長像點的光強度,。該探測器陣列可以是CCD陣列或其它種類的光探測器陣列,。

分類

光譜儀的種類很多，分類方法也很多,，根據(jù)光譜儀所采用的分解光譜的原理,，可以將其分成兩大類：經(jīng)典光譜儀和新型光譜儀,。經(jīng)典光譜儀是建立在空間色散（分光）原理上的儀器；新型光譜儀是建立在調(diào)制原理上的儀器,，故又稱為調(diào)制光譜儀,。

經(jīng)典光譜儀依據(jù)其色散原理可將儀器分為：棱鏡光譜儀、衍射光柵光譜儀,、干涉光譜儀,。

應用

光譜儀應用很廣，在農(nóng)業(yè),、天文,、汽車、生物,、化學,、鍍膜、色度計量,、環(huán)境檢測,、薄膜工業(yè)、食品,、印刷,、造紙、拉曼光譜,、半導體工業(yè),、成分檢測、顏色混合及匹配,、生物醫(yī)學應用,、熒光測量、寶石成分檢測,、氧濃度傳感器,、真空室鍍膜過程監(jiān)控、薄膜厚度測量,、LED測量,、發(fā)射光譜測量、紫外/可見吸收光譜測量,、顏色測量等領域應用廣泛,。

透射測定

光譜儀的透射率或它的效率可用輔助單色儀裝置來測定。在可見和近紫外實現(xiàn)這些測量沒有任何困難,。測量通過第一個單色儀的光通量,，緊接著測量通過兩個單色儀的光通量，以這種方式來確定第二個單色儀的透射率,。

絕對測量需要知道單色儀的絕對透射率：對于相對測量,，以各種波長處的相對單位可以測量透射率,。真空紫外線的這些測量有相當大的實驗困難,，因此通常使用輔助單色儀,。在各種入射角的情況下分別測量衍射光柵的效率,。在許多實驗步驟中已成功地避免了校準上的困難。

曾經(jīng)研究過光柵效率與波長,、入射角,、鍍層厚度、鍍層材料以及其它因素的關系,。所有這些測量都指出,，在許多情況下能量損失是非常顯著的，并且光柵的效率低于1%,，光柵的不同部分可能有明顯不同的效率,。