海洋光纤光谱特有的信息



1.光谱仪的工作原理



CCD探测器型的海洋光学光谱仪的工作原理如动画展示。光通过光纤有效的耦合到光谱仪中，经球面镜将进入光谱仪中的发散光束会聚准直到衍射光栅上，衍射分光后又经第二面球面镜会聚聚焦，光谱像投射到线性CCD阵列上，数据信号经A/D转换传至计算机上。

光子撞击CCD像素上的光敏二极管后，这些反向偏置的二极管释放出与光通量成比例的电容器，当探测器积分时间结束，一系列开关关闭并传输电荷至移位寄存器中。当传输完成，开关打开并且与二极管关联的电容器又重新充电开始一个新的积分周期。同时，光能被累积，通过A/D转换数据被读出移位寄存器。数字化的数据最后显示在计算机上。







2.光学分辨率



单色光源的光学分辨率以半高全宽值（FWHM）来表征，它依赖于光栅刻槽密度(mm-1)及光学入瞳直径（光纤或狭缝）。海洋光纤光谱配置客户所要求的系统时，必须平衡两个重要的因素：



1) 光栅刻槽密度增加，分辨率增大，但光谱范围及信号强度会减小。



2) 狭缝宽度或光纤直径变窄，分辨率增大，但信号强度会减小。



如何估算光学分辨率（nm,FWHM）



2. 1. 确定光栅光谱范围，找到光栅的光谱范围通过：



选择光栅：“S”光学平台 ；选择光栅：“HR”光学平台； 选择光栅：“NIR”光学平台 。（有想详细了解的，烦请光纤专家予以解释）



2. 2. 光栅光谱范围除以探测器像元数，结果为Dispersion。



Dispersion (nm/pixel) = 光谱范围/像元数



探测器像元素见图2







3.像素分辨率



下表列出了不同狭缝（或光纤直径）尺寸下的像素分辨率。尽管狭缝入射宽度不同，但高度一致（1000um）。有想深入了解的版友直接向专家提问。



4.计算光学分辨率（nm）



Dispersion (Step 2) x Pixel Resolution (Step 3)



举例：确定光学分辨率，光谱仪型号：USB4000,光栅型号：#3，狭缝宽度：10um 650nm(#3光栅光谱范围)/3648（USB4000探测器像元数）X5.6(像素分辨率)=0.18X5.6nm=1.0nm(FWHM)



5.海洋光纤光谱仪的系统灵敏度



海洋光纤光谱仪对系统灵敏度的定义打破常规，不需要对影响光谱幅度的各种因素进行校正。他们提供一种更有用的方法： NIST-traceable辐射标准（LS-1-CAL），它可以用能量项来标准化光谱数据。在他们的SpectraSuite操作软件中，可以使用“I”模式下相对能量分布（0到1）或绝对值（以W/cm2/nm或流明或勒克斯/单位面积为单位）来标准化光谱数据。对透射或反射实验，可以使一个物理标准来标准化（归一化）数据如利用空气中的传播或漫射白板来确定。



6.海洋光纤光谱解决影响光谱幅度值的因素



1）CCD探测器响应。各生产商提供原始硅探测器响应曲线，但这只是影响光谱幅度值的部分因素。在CCD上，海洋光纤光谱增加了一个镀层以破坏掉结构上由SIO2形成的光学腔。这样便极大的减小了各个波长下的光谱数据幅度不一致的情况。



2）紫外响应。海洋光纤光谱增加了一个磷镀层。可以根据生产商提供的数据，为自己的系统探测器响应提供比较好的近似。



3）光纤衰减。 在可见区，各波长下衰减比较平坦，但在紫外区急剧衰减；在近红外区，水吸收带750nm-900nm会影响光纤衰减，会有光谱衰减曲线。a光栅衍射效率。所有刻划及全息光栅，在特定波长区都会优化一阶光谱，取决于闪耀波长等因素。海洋光学提供14种光栅：每种都有其特定衍射效率。使用这些光栅图表来比较衍射效率；b光线采集器件。采样光学器件有其特定的光谱特性，比如用于样品池上的准直透镜。这些是简单的色差透镜，波长不同，焦距不同，可以查看UV样品池透射曲线来查看这些色差；c光源及样品。光源及样品有他们特定的光谱响应。若光源自身作为样品，则测量的正是其光谱响应。若用于透射、反射实验，必须考虑光源的光谱响应。如海洋提供的LS-1卤钨灯光源的光谱。



4）其它因素。CCD设计及电子等特性也会影响灵敏度，例如，探测器的电压信号包含一些补偿诸如暗电流及0点放大称之为“暗光谱”。这些值随像素点而变化，必须要从CCD像元中扣除。另外，不同像素点响应值也会不同，因此数据标准化，必须逐一像素进行校正。（称之为固定噪声），唯一有效可行的考虑所有因素的方法是进行校正实验及通过比对样品光谱与参考光谱来标准化数据。



a.%透射（i）或%反射（i）=[S(i)-D(i)]/[R(i)-D(i)],其中S是CCD像素点（i）上的样品光强值，D是像素点（i）上的暗噪声值，R是像素点（i）上的参考光强值。



b. 吸光度（i）=-log[T(i)]



c. 能量I(i)= B(i)[T(i)],其中B是标准辐射光谱值。（想详细了解的版友可以咨询光纤专家或者版主）



四、海洋光纤光谱的应用



自1992年以来,经过20年的历程，海洋光纤光谱已经出售了超过200,000台Ocean Optics光学传感系统，（平均全球年销售10，000台，还是可以，毕竟起步阶段销售较慢）这让光纤光谱在工业应用领域和其它应用领域拥有无与伦比的知识与经验。以下列举Ocean Optics部分广受欢迎的系统配置：溶液吸光度、 上升流/下降流、 氧传感、 气体吸收率、 荧光测量、 LED分析、激光分析、激光诱导击穿光谱(LIBS)、计量学、UV-VIS反射测量、反射颜色测量等等，范围之广在这么短的时间内远非我能所了解，只能慢慢了解，循序渐进。比较受欢迎的仪器如下：



1.微型光谱仪：各种波长范围的光纤光谱仪,适用于实验室或其他多种领域；（我对手持微量金属分析仪比较感兴趣，如MH-5000元素分析仪。不过卫生指标的检测，估计难以达到，仔细看了一下，基本上适用于ICP-OES检测的所有元素，检测下限为0.1ppm，针对于环境水质检测还可以，对于生活饮用水的卫生指标检测，这样达不到要求的；但是对固体等可以直接检测，所以测定食品还是没有问题，比较感兴趣，容后和冲浪小子版主站短再议）



2.光纤：具有专利技术的光纤, 用户定制光纤, 多层次光纤拉丝塔；



传感器：海洋光学出产的低成本,创新性的传感器,为传统的化学传感测量提供光辉的前景；



3.探测器：用户自定义设计及生产,他们的探测器可应用于实验室,过程监控等多种领域；



4.计量器：独特的测量工具,用于薄膜测量,血浆分析和光谱特征检测（这个计量院用的比较多，不知道用于血浆分析的属于哪个型号仪器，想进一步了解）；



5.附件：校正波长,比色皿,支架,流通池和各种采样系统（计量院用的多，不过自己实验室自校时绝对用得着）；



五、海洋光纤光谱在世界各国的受欢迎程度



海洋光学以灵巧，微型、便利等作为很受欢迎的光谱仪之一。尤其最新推出的USB4000光谱仪是目前世界上最受欢迎的光谱仪!它内置了先进的探测器和强大的高速电路系统，具有16位A/D转换，4种触发模式，根据温度变化的暗噪声校正和22针的连接口(包括8个用户可编程GPIO端口)。USB4000可兼容Linux,Mac或Windows等多种操作系统.模块化的USB4000光谱仪可以响应从200到1100nm的光谱范围,通过配合海洋光学生产的各种光学平台组件、光源和采样光纤，可以为上千种吸收、反射和发射测量应用搭建各具特色的系统。



海洋光学的微型光纤光谱仪通常采用光纤作为信号耦合器件，将被测光耦合到光谱仪中进行光谱分析。更好的是，由于光纤的方便性，用户可以非常灵活的搭建光谱采集系统。其优势在于测量系统的模块化和灵活性，且测量速度非常快，可以用于在线分析。而且采用了低成本的通用探测器，降低了光谱仪的成本，从而也降低了整个测量系统的造价。具有很高的性价比。 　　



六、个人对海洋光纤光谱的意见及建议



海洋光学在世界已经走了20个年头，已经成年。但步入中国才5个年头，还处于幼儿期，市场前景可观，个人认为，在国内的发展问题说难不难，说不难却不容易。 因为市场竞争有四步历程，第一步——早期巨大的市场空间；第二步——众多企业杀入；第三步——市场竞争产生；第四步——竞争白热化。您觉得海洋光纤光谱在国内正处在哪一步的市场竞争中？



同时，市场竞争也有四个领域，一、产品质量的竞争——质量为本；二、售后服务的竞争——实行三包；三、知名程度的竞争——品牌战略；四、价格领域的竞争——价格战。您觉得海洋光纤光谱现在又介入到哪个领域了？



不知道您们留意过没有？整个行业的发展前景都是朝着电子应用前进，比如电子政务、电子商务、电子公务等，这些应用，最需要的就是网络组建，我们假设一下，你我他她四人是企业领导，政府首长，组建一个电子网络，我们会着重从哪些方面考虑？还是网络建设吧？当然还必须具备技术实力，最重要的一点就是必须有关系，打通政界和顾客之间的关系。 也许就三方面，第一、打响海洋光纤光谱在中国的知名度；第二、做好网络建设（人际网路和internet网络）的人才储备；第三、必须抢在所有竞争对手前面，打点好各方面的关系。这样才可能在下一个五年内，也就是在中国的第十年，光纤光谱会在中国突飞猛进，普及到各个行业的各个实验室。



啰啰嗦嗦说了一大堆废话，也许到最后什么都不是，毕竟海洋光纤光谱有自己的方式，但是作为一个一线的实验室检测人员，对海洋光学已经做了初步的了解，了解了就写出发布了，发布了，心里面也就松了口气，但愿这篇乱七八糟的文字心声能给各个版友提供快捷的了解光纤的方式，但愿我的建议也给光纤光谱官方起到一丁点的敲打作用。不管如何，已经写完了，花费了很久的时间写完了这篇六千多字的文章。

光谱仪工作原理+图