光譜儀、光譜輻射計(jì)和分光光度計(jì)：三者的區(qū)別和應(yīng)用

來源：賽斯拜克發(fā)表時(shí)間：2023-11-01 瀏覽量：1110 作者：

這篇技術(shù)說明詳細(xì)介紹了光譜儀、光譜輻射計(jì)和分光光度計(jì)之間的差異和應(yīng)用。了解這些設(shè)備的區(qū)別對(duì)于選擇適合特定工作需求的設(shè)備非常重要。該文還提到了DLP技術(shù)在光譜測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)，以及光度計(jì)和輻射計(jì)的局限性。

那些從事光譜和光測(cè)量設(shè)備處理的人有時(shí)候會(huì)想要了解光譜儀、光譜輻射計(jì)、光譜儀和光度計(jì)之間的區(qū)別。要了解這些差異對(duì)于特定的應(yīng)用非常重要，這樣就不會(huì)浪費(fèi)資金在不適用于完成工作的錯(cuò)誤設(shè)備上。在這份技術(shù)說明中，我們將解釋這些差異，并提供每個(gè)類別的實(shí)例。不過，首先應(yīng)該提到任何名稱中包含“光譜”的設(shè)備都會(huì)測(cè)量作為波長函數(shù)的參數(shù)。它可以提供每個(gè)波長上的光強(qiáng)度、反射率或吸收率等值，覆蓋了一定范圍。

以下是每個(gè)儀器的說明：

光譜儀

光譜儀用于測(cè)量光的相對(duì)強(qiáng)度，其中光的波長是作為函數(shù)來表示的。通常使用反射幾何結(jié)構(gòu)的衍射光柵將光分散到CCD相機(jī)上。每個(gè)像素將接收入射輻射的一小段波長范圍。圖1展示了幾何結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖1：包含了衍射光柵和CCD相機(jī)的光譜儀

最近幾年，隨著數(shù)字光處理（DLP）技術(shù)的引入，出現(xiàn)了新型光譜儀。該光譜儀使用微鏡組將光譜分成小部分，并反射到單晶探測(cè)器上。然后，被反射的光譜逐段構(gòu)建成完整的光譜。圖2展示了這種安排方式。

圖2：光譜儀采用DLP技術(shù)。

與使用陣列檢測(cè)器相比，使用DLP技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)。特別是在近紅外區(qū)域，單晶檢測(cè)器的成本遠(yuǎn)低于InGaAs檢測(cè)器陣列，并且InGaAs檢測(cè)器陣列很可能非常昂貴。采用DLP反射鏡不會(huì)大幅增加儀器價(jià)格。除了成本優(yōu)勢(shì)外，DLP的檢測(cè)器區(qū)域可大幅增加（幾毫米而不是幾十微米），這有助于提高信噪比（SNR）并減少由于缺陷像素和像素間不均勻性引起的掃描錯(cuò)誤，這一點(diǎn)僅有單晶檢測(cè)器才能實(shí)現(xiàn)。

分光輻射計(jì)

光譜輻射計(jì)是一種帶有光強(qiáng)校準(zhǔn)功能的光譜儀器。因此，對(duì)于每個(gè)波長的測(cè)量光線，都有一個(gè)相應(yīng)的單位。這個(gè)單位可以是輻射單位，例如瓦特/平方米，也可以是光度單位，例如勒克斯，具體取決于應(yīng)用領(lǐng)域或量子單位，例如μmol/m^2/sec（用于測(cè)量光合通量密度）。

在第三張圖中，展示了照明護(hù)照測(cè)量的兩個(gè)結(jié)果。左邊的圖顯示了相對(duì)強(qiáng)度，右邊的圖表顯示了以勒克斯或英尺燭光為單位的總照度。

校準(zhǔn)光譜輻射計(jì)測(cè)量強(qiáng)度的單位為Lux，如圖3所示。

圖4：PPFD測(cè)量圖?；瑝K正在測(cè)量藍(lán)光峰值的PPFD，單位為μmol/m2/sec。

需要注意的是，在整個(gè)電磁頻譜中，輻射的輻射度單位是有效的，而光度單位只在380-780nm的范圍內(nèi)有效。因此，談?wù)?50nm波長的照度和勒克斯并不具有意義。

分光光度計(jì)

分光輻射計(jì)是用來測(cè)量表面反射率的儀器，借此來計(jì)算材料在一定波長范圍內(nèi)的吸光度。因此，分光光度計(jì)內(nèi)置一個(gè)光源，照射在物體上進(jìn)行反射率的測(cè)量。通常，參考光束R0是通過從99%漫反射光譜表面進(jìn)行測(cè)量，并記錄在儀器中。通過測(cè)量反射強(qiáng)度來計(jì)算反射率，反射率由r=R/R0的比率來測(cè)量。吸光度的計(jì)算方式為log(1/r)，其中r并非以百分比形式呈現(xiàn)。圖6展示了一款900-1700nm波長范圍內(nèi)的分光光度計(jì)，它屬于NIR范圍，并且還采用了DLP技術(shù)。