微小型光纤光谱仪.doc

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1、如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流微小型光纤光谱仪【精品文档】第 15 页微小型光纤光谱仪(光谱分析仪)张志伟 博士（北京晨辉日升光电技术有限公司） 光谱学是测量紫外、可见、近红外和红外波段光强度的一种技术。光谱测量被广泛应用于多种领域，如颜色测量、化学成份的浓度检测或电磁辐射分析等。欲了解更详细的应用信息以及相关的实验装置，请参阅本产品目录的最后一章应用。 光谱仪器一般都包括入射狭缝、准直镜、色散元件（光栅或棱镜）、聚焦光学系统和探测器。而在单色仪中通常还包括出射狭缝，让整个光谱中一个很窄的部分照射到单象元探测器上。单色仪中的入射和出射狭缝往往位置固定而宽度可调，可以通过旋转光栅来对整

2、个光谱进行扫描。 在九十年代，微电子领域中的多象元光学探测器迅猛发展，如 CCD 阵列、光电二极管（ PD ）阵列等，使生产低成本扫描仪和 CCD 相机成为可能。荷兰 Avantes 公司的光谱仪使用了同样的 CCD 和光电二极管阵列（ PDA ）探测器，可以对整个光谱进行快速扫描而不必移动光栅。 由于光通信技术对光纤的需求大大增长，从而开发了低损耗的石英光纤。该光纤同样可以用于测量光纤，把被测样品产生的信号光传导到光谱仪的光学平台中。由于光纤的耦合非常容易，所以可以很方便地搭建起由光源、采样附件和光纤光谱仪组成的模块化测量系统。 光纤光谱仪的优点在于系统的模块化和灵活性。荷兰 Avantes

3、 公司的微小型光纤光谱仪的测量速度非常快，使得它可以用于在线分析。而且由于它选用低成本的通用探测器，所以光谱仪的成本也大大降低，从而大大扩展了它的应用领域。 光学平台设计Avantes 公司的 AvaSpec 系列光谱仪采用对称式 Czerny-Turner 光学平台设计 ， 焦距有 45mm ， 50mm 和 75mm 三种 （ 如图 1 所示 ） 。 图1 AvaSpec光学平台设计图 信号光由一个标准的 SMA905 光纤接口进入光学平台，先经一个球面镜准直，然后由一块平面光栅把该准直光色散，经由第二块球面镜聚焦，最后光谱的象就被投射到一块一维线性探测器阵列上。 光学平台内包括很多元件，

4、使得用户可以根据自己的应用选择最合适的配置。这些元件的选择对光谱仪的参数影响非常大，如衍射光栅、入射狭缝、消二级衍射效应滤光片和探测器镀膜等。关于光谱仪的灵敏度、分辨率、带宽以及杂散光等将在后面的章节中为您介绍。 如何为您的应用配置光谱仪 根据应用领域的不同，用户必须对采用模块化设计的 AvaSpec 光谱仪中的多种光学元件和选件进行选择。本节内容就是指导您如何根据您的应用为 AvaSpec 光谱仪选择合适的光栅、狭缝、探测器和其它选件。 1. 波长范围 在为一台光谱仪系统选择最优化配置的时侯， 波长范围 是决定光栅型号的首先要考虑的重要参数。如果您需要较宽的波长范围，我们建议您使用 A 型（

5、 300 线 / 毫米）或者 B 型 (600 线 / 毫米 ) 光栅（请看光谱仪产品一节中的光栅选择表）。另一个重要元件是探测器的选择。荷兰 Avantes 公司提供了 7 种有着不同的灵敏度特性曲线的探测器型号（见图 5 ）。对于紫外（ UV ）波段的应用，可以选用 256/1024 像素的 CMOS 探测器或者深紫外（ DUV ）增强型 2048 或者 3648 像素 CCD 探测器。在近红外（ NIR ）波段，有两种不同的 InGaAs 探测器可以选择。如果您既需要较宽的波长范围同时又需要高分辨率，则多通道光谱仪是最佳的选择。 2. 光学分辨率 如果您需要很高的 光学分辨率 ，我们建议

6、您选择 1200 线 / 毫米或者更高线对数的光栅（ C.D.E 或 F 型），同时选择窄狭缝和 2048 或 3648 像素的 CCD 探测器。例如，对于 AvaSpec-2048 光谱仪，可以选择 10 微米狭缝来获得最佳分辨率。（请看光谱仪产品部分的光学分辨率表）。 3. 灵敏度 说起 灵敏度 ，重要的是要区分开是光度学中的灵敏度（光谱仪所能探测到的最小信号强度是多少？）还是化学计量学中的灵敏度（光谱仪能够测量到的最小吸收率差）。 a. 光度灵敏度 对于如 荧光 和 喇曼 等需要高灵敏度光谱仪的应用，我们建议选择采用 2048 像素 CCD 探测器的 AvaSpec-2048 ，而且还要

7、选择 DCL-UV/VIS 探测器灵敏度增强透镜、较宽的狭缝（ 100 微米或者更宽）或者不安装狭缝、一个 A 型（ 300 线 / 毫米）光栅。 A 型光栅的色散最小，所以它的灵敏度在所有光栅中是最高的。作为选项，还可以选用热电制冷型 CCD 探测器 AvaSpec-2048-TEC ，该型号可以采用长积分时间（ 60 秒）来提高信号强度，并可以降低噪声和提高动态范围。 表 4 给出了不同类型探测器的光度灵敏度数据，而图 5 则给出了每种探测器的光谱响应曲线。 b. 化学计量灵敏度 为了能探测出两个幅值很接近的吸收率数值，不但要求探测器的灵敏度高，还要求信噪比高。信噪比最高的探测器是 Ava

8、Spec-256/1024 光谱仪中的 256/1024 像素 CMOS 探测器。而通过在 AvASoft 软件中把多幅光谱图平均也可以提高信噪比。 4.测量时间与数据传输速度 光谱仪的数据获取能力可以通过使用阵列型探测器并且不采用运动组件的方式大大提高。然而，对于每个具体应用都有其最优化的探测器。如对于需要快速响应的应用， 我们推荐使用 AvaSpec -2048 FT 或者 USB2 型 CCD 光谱仪。而对于那些对数据传输时间要求非常严格的应用，我们推荐选择具有 USB2 接口的光谱仪，并且只传输一部分像素的数据到计算机来大大缩短数据传输时间。一般地， AvaSpec-102 型光谱仪是

9、测量速度最快的光谱仪，每秒钟可以扫描 6000 次。 表1 光谱分析仪配置快速指南应用领域 AvaSpec 光谱仪型号 光栅型号 波长范围 (nm) 镀膜 狭缝宽度（微米） FWHM 分辨率 (nm) 探测器 灵敏度增强镜 消二级衍射效应滤光片 消二级衍射效应镀膜 生物医学 2048 NB 500-1000 无 50 1.2 无 475 无 化学 1024 UA 200-1100 无 50 2.0 无 无 200-1100 颜色测量 102 VA 360-780 无 100 6.4 有 / 无 无 无 256 VA 360-780 无 50 3.2 无 无 无 2048 BB 360-780

10、无 200 4.1 有 / 无 无 无 荧光测量 2048 VA 350-1100 无 200 8.0 有 无 350-1100 果糖测量 102 IA 800-1100 无 50 5.4 有 550 无 宝石鉴定 2048 VA 350-1100 无 25 1.4 有 无 350-1100 高分辨率 测量 2048 VD 600-700 无 10 0.07 无 550 无 3648 VD 600-700 无 10 0.05 无 550 无 辐射测量 2048 UA 200-1100 UV 50 2.8 有 / 无 无 200-1100 半导体激光器（ LD ） 2048 NC 700-800

11、 无 10 0.1 无 550 无 发光二极管（ LED ） 2048 VA 350-1100 无 25 1.4 有 / 无 无 350-1100 激光诱导击穿光谱（ LIBS ） 2048FT UE 200-300 DUV 10 0.09 无 无 无 2048USB2 UE 200-300 DUV 10 0.09 无 无 无 3648USB2 UE 200-300 DUV 10 0.07 无 无 无 拉曼光谱 2048TEC NC 780-930 无 25 0.2 有 550 无 薄膜测量 2048 UA 200-1100 UV - 4.1 有 无 200-1100 紫外 / 可见 / 近红

12、外 2048 UA 200-1100 UV 25 1.4 有 / 无 无 200-1100 近红外 NIR256-1.7 NIRA 1000-1700 无 50 5.0 无 1000 无 NIR256-2.2 NIRZ 1000-2200 无 50 10.0 无 1000 无 如何选择合适的光栅？ 衍射光栅是一种把入射的多色光分解成它所包含的单色光的光学元件。光栅是由一系列等宽等间距的平行凹槽构成的，而这些凹槽是在镀反射膜的基底材料上刻划制成的。 按照 凹槽形成方式的不同可以把光栅分成两种：全息光栅和刻划光栅。刻划光栅是 用刻划机上的钻石刻刀在涂薄金属反射表面上机械刻划而成 ；而全息光栅则是由

13、激光束干涉图样和光刻过程形成的。 Avaspec 光谱仪中的光栅既有全息光栅，也有刻划光栅。 光纤光谱仪中的光栅要由用户指定，并永久安装在光谱仪中。接下来用户就要说明所需要的波长范围。有时光栅的标称可用光谱范围大于照射到探测器上的光谱范围，这时为了覆盖更宽的光谱范围，可选择双通道或三通道光谱仪。这些主通道和从通道可以选择不同的光栅。类似的，双通道或三通道光谱仪也可以使用户在更宽的光谱范围内实现更高的分辨率。 在光谱仪介绍部分，对于每种光谱仪型号都有一个光栅选择表。表 2 介绍了如何理解这些光栅选择表。光谱仪的光谱范围取决于光栅的起始波长和光栅线对数。波长越长则色散效应越大，光栅所覆盖的波长范围

14、就越小。 图 2 给出了这些光栅的效率曲线。而整台光谱仪的效率则由光纤的传输效率、光栅和反射镜的效率、探测器及其膜层灵敏度的效率共同决定。 图 3 给出了 AvaSpec-2048 光谱仪的光栅色散曲线 。 表2 AvaSpec-2048光谱仪的光栅选择和波长范围表应用范围可用波长范围（nm）每块光栅覆盖的光谱范围（nm）光栅线对数（线/mm）闪耀波长（nm）光栅型号UV/VIS/NIR200-1100900300300UAUV/VIS200-850520600250UBUV200-750250-220*1200250UCUV200-650165-145*1800250UDUV200-5801

15、15-70*2400250UEUV220-40075-50*3600250UFUV/VIS250-850520600370BBVIS/NIR300-1100800300500VAVIS360-1000500600500VBVIS300-800250-200*1200500VCVIS350-750145-100*1800500VDNIR500-1050500600750NBNIR500-1050220-150*1200630NCNIR600-11005003001000IANIR600-11005006001000IB*注：取决于光栅的起始波长；波长越长，光栅色散越大，实际光谱范围越小如何选择最

16、优的光学分辨率？光谱仪的光学分辨率定义为光谱仪所能分辨开的最小波长差。要把两个光谱线分开则至少要把它们成象到探测器的两个相邻象元上。因为光栅决定了不同波长在探测器上可分开的程度（色散），所以它是决定光谱仪分辨率的一个非常重要的参数。 另一个重要参数是进入到光谱仪的光束宽度，它基本上取决于光谱仪上安装的固定宽度的入射狭缝或光纤芯径（当没有安装狭缝时）。 Avantes 公司所提供的狭缝尺寸有： 10 ， 25 或 50m1000m （高）或 100 ， 200 或 500m2000m （高）。在指定波长处，狭缝在探测器阵列上所成的象通常会覆盖几个象元。如果要分开两条光谱线，就必须把它们色散到这个

17、象尺寸再加上一个象元。当使用大芯径的光纤时，可以通过选择比光纤芯径窄的狭缝来提高光谱仪的分辨率。因为这样会大大降低入射光束的宽度。 所选光栅和入射光束的有效宽度（光纤芯径或入射狭缝）对分辨率的影响表在光谱仪产品信息中都有介绍，表 3 是 AvaSpec-2048 型光谱仪的典型分辨率表。请注意，光栅的线对数越高，色散效应随波长变化就会越显著，波长越长色散效应越大（表 3 ），因此在最长波长处会得到最高分辨率。 表 3 中的分辨率是 FWHM 值，即最大峰值光强 50% 处（ FWHM ）所对应的谱线宽度（ nm ）（图 4 ）。在 “ 光栅 ” 一节中还有象元色散图，您可以用来为您的具体应用选

18、择合适的光栅和分辨率。 表3 AvaSpec-2048的分辨率（半宽度nm）狭缝宽度（m）光栅（线/mm）1025501002005003000.81.42.44.38.020.06000.40.71.22.14.110.012000.1-0.2*0.2-0.3*0.4-0.6*0.7-1.0*1.4-2.0*3.3-4.8*18000.07-0.12*0.12-0.21*0.2-0.36*0.4-0.7*0.7-1.4*1.7-3.3*24000.05-0.09*0.08-0.15*0.14-0.25*0.3-0.5*0.5-0.9*1.2-2.2*36000.04-0.06*0.07-0.

19、10*0.11-0.16*0.2-0.3*0.4-0.6*0.9-1.4*注：取决于光栅的起始波长；波长越长，光栅色散越大，分辨率越高所选光栅和入射光束的有效宽度（光纤芯径或入射狭缝）对分辨率的影响如表3所示，表3给出的是AvaSpec-2048型光谱仪的典型分辨率值。请注意，光栅的线对数越高，色散效应随波长变化就会越显著，波长越长色散效应越大，因此在最长波长处会得到最高分辨率。表3中的分辨率的定义是最大峰值光强50%处（FWHM）所对应的谱线宽度（nm）。 图2 半宽度的定义探测器AvaSpec 光谱仪可以安装多种类型的探测器，目前在 200-1100nm 波长范围内我们提供硅基 CCD 、

20、 CMOS 和光电二极管阵列。在下一个章节 “ 灵敏度 ” 里表 4 中将有一个很完整的介绍。在 NIR （ 1000-2300nm ）范围则使用 InGaAs 阵列探测器。 CCD 探测器（ AvaSpec-2048/3648 ） 电荷耦合器件 CCD 探测器中储存着电荷，而当光子照射到其光敏面时电荷就会被释放。在积分时间的结尾，剩余的电荷就会传送到缓冲器中，然后这个信号被传送到 A/D 转换卡。 CCD 探测器具有自然积分的特性因此具有非常大的动态范围，它只受暗（热）电流和 AD 转换卡数据处理速度的限制。 3648 象素 CCD 具有集成的电子快门功能，因此可以达到 10 微秒的积分时间

21、。 CCD 探测器的优点是象元数多（ 2048 或 3648 ）、灵敏度高、响应速度快。 主要缺点是信噪比低。 紫外增强镀膜 对于需要使用 AvaSpec-2048/3648 型光谱仪并且波长小于 350nm 的应用，需要选择一种特殊的紫外增强探测器镀膜 DUV 。未镀膜的 CCD 探测器对波长小于 350nm 的光信号的响应很低，而 DUV 镀膜增强了 CCD 探测器在 150-350nm 波长范围的响应， DUV 镀膜的弛豫时间很短（纳秒量级），因此非常适合于如激光诱导击穿光谱（ LIBS ）等快触发应用。 光电二极管阵列 (AvaSpec-102) 硅光电二极管阵列是一个由多个光电二极管

22、单元（象素）组成的线性阵列，对于 AvaSpec-102 型光谱仪来说象元数是 102 。每个象元都包括 一个 P/N 结（正掺杂的 P 区和负掺杂的 N 区）。当信号光照射到光电二极管上时，电子就会被激发并输出电信号。大部分光电二极管阵列都包括读出 / 积分放大器一体式的集成化信号处理电路。 光电二极管的优点是在近红外区灵敏度高，响应速度快； 缺点是象元数较少，在紫外波段没有响应。 CMOS 线性成像探测器 (AvaSpec-256/1024) 所谓的 CMOS 线性成象探测器比 CCD 阵列传感器具有较低的电荷 - 电压转换效率，因此具有较低的光灵敏度，但是却具有较高的信噪比。 CMOS

23、比 NMOS 的转换增益高，而且内部读出电路中有箝位电路，可以把噪声抑制到一个很低的水平。 CMOS 探测器的优点是信噪比高，紫外波段灵敏度高； 缺点是读出速率低、灵敏度低、成本相对较高（ 1024 个象元）。 InGaAs 线阵 成像探测器 (AvaSpec-NIR256) InGaAs 线性 成像探测器 在近红外波长区域有着极高的灵敏度。探测器包括一个 CMOS 晶体管的电荷放大阵列，一个移位寄存器和一个时序产生模块。 Avantes 公司有 两种 InGaAs 探测器 供用户选择 ： 256 像素非致冷型 InGaAs 探测器 ， 可用于 1000-1700nm 波长 范围。 256 像

24、素 2 级致冷型扩展 InGaAs 探测器， 可用于 1000-2300nm 波长范围。 图 5 探测器光谱响应曲线 灵敏度探测器象元在某一特定波长处的灵敏度定义为照射到该象元上的单位辐射能量（光子）所产生的电信号强度。对于一个给定的 A/D 转换卡来说可以理解为每毫焦耳入射光能量所产生的电子记数值。入射到光谱仪中的光能量与照射到单个探测器象元上的光能量之间的关系主要取决于光谱仪光学平台的结构设计，主要影响因素有光栅的效率、入射光纤或狭缝的尺寸、光学镜片的性能、是否使用灵敏度增强透镜等。对于一个给定配置的光谱仪能够测量六、七十倍的光辐射级次。表 4 给出了一些标准探测器的参数。作为可选项的灵敏

25、度增强透镜（ DCL ）可以直接安装在探测器阵列上。这个石英透镜（如用于 AvaSpec-2048/3648 的 DCL-UV ）可以把系统的灵敏度提高 3-5 倍（取决于所用的光纤芯径）。表 4 中的灵敏度是针对目前 AvaSpec 系列光谱仪所使用的探测器，单位是每毫秒积分时间内的电子记数值。为了对比不同探测器阵列，我们假设所有光谱仪都采用 600 线 / 毫米的光栅，而且不加灵敏度增强透镜 DCL 。光谱仪都选用 8 微米芯径的光纤，并连接到标准的 AvaLight-HAL 卤素灯上。这相当于 1Watt 的输入光能量。近红外（ NIR ）探测器的参数可以在 AvaSpec-NIR256

26、 产品信息中的技术参数中找到。 表4探测器参数表 探测器 TAOS 102 HAM256 HAM1024 SONY2048 TOSHIBA3648 型号 光电二极管阵列 CMOS 线性阵列 CMOS 线性阵裂 CCD 线性阵列 CCD 线性阵列 像素数，间距 102, 85 m 256, 25 m 1024, 25 m 2048, 14 m 3648, 8 m 像素宽度 / 高度 77 x 85 m 25 x 500 m 25 x 500 m 14 x 56 m 8 x 200 m 灵敏度 100 V/lx.s 22 V/lx.s 22 V/lx.s 240 V/lx.s 160 V/lx.s

27、 光谱仪灵敏度（每毫秒积分时间电子记数值）（ Avalight-HAL,8m 芯径光纤） 1000 记数 /W (AvaSpec-102) 30 记数 /W (AvaSpec-256) 30 记数 /W (AvaSpec-1024) 5000 记数 /W (AvaSpec-2048) 12000 记数 /W (AvaSpec-3648) 最敏感波长 750 nm 500 nm 500 nm 500 nm 550 nm 信噪比 1000:1 2000:1 2000:1 250:1 300:1 暗噪声（记数值） 约 15 约 7 约 11 约 10 约 10 PNRU*( 最大 ) 10% 3%

28、3% 5% 5% 波长范围 360-1100 nm 200-1000 nm 200-1000 nm 200*-1100 nm 200*-1100nm 频率 2 MHz 500 kHz 500 kHz 2 MHz 1 MHz * DUV 镀膜 * PNRU （ 光子响应非均匀性 ） = 当均匀照明时，象元输出最大偏差除以信号平均值。 杂散光和二级衍射效应1 杂散光 杂散光是错误波长（非对应信号光波长）的光辐射照射在探测器象元上所产生的信号，杂散光的来源是： 周围环境光辐射； 光学元件缺陷所产生的散射光或非光学元件产生的反射光； 不同衍射级次间的重叠。 把光谱仪安装在光密封的外壳内可以有效地消除周

29、围环境带来的杂散光。 当光谱仪工作在探测极限时（微弱光探测），则来自于光学平台、光栅、聚焦镜的杂散光强度就决定了光谱仪的最终探测极限。大多数光栅都是全息型光栅，杂散光很低。杂散光的测试方法是用激光束照射到光谱仪上，然后测量远离激光波长处象元的光强。另一种方法是用卤钨灯作为光源并配合长通或带通滤光片进行测试。 AvaSpec 光谱仪典型的杂散光参数是 0.05%600nm; 0.1%435nm; 0.1%250nm 。 2 二级衍射效应 对于低线对数光栅（宽可测波长范围）来说，往往会发生光栅的二级衍射光之间的重叠。这些高级次衍射光在大多数场合可以忽略不计，但在某些场合下则必须考虑。解决的方法就是

30、把信号光限制在不可能出现级次重叠的光谱区。具体的方法可以通过在光谱仪入口的 SMA 接口处安装一个长通滤光片或在探测器前面的保护窗镜上镀特殊膜层来实现。该保护窗所镀的膜层通常是一个长通滤光片（ 590nm ）或两个长通滤光片（ 350nm 和 550nm ），取决于所选择的光栅型号及其光谱范围。 表 5 中所示为光谱仪光学平台内可以加装的各种滤光片。通常推荐使用如下长通滤光片： OSF-475 与 NB 或 NC 型光栅搭配； OSF-515/550 与 NB 型光栅搭配； OSF-590 与 IB 型光栅搭配。 此外，除了消二级衍射效应我们还在 Sony 2048 和 Toshiba3648

31、 探测器上进行了部分深紫外（ DUV ）镀膜，目的是消除来自紫外区的二级衍射效应，并在可见区提高灵敏度和降低噪声。这种部分深紫外镀膜对于下列型号的光栅是自动配置的： UA ， 200-1100nm ， DUV400 ，只在前 400 个象素点上镀膜； UB ， 200-700 nm, DUV800, 只在前 800 个象素点上镀膜。AvaSpec 光谱仪有多种探测器，目前在 200-1100nm 波长范围内我们提供 CCD 、 CMOS 和光电二极管阵列。在下一个章节 “ 灵敏度 ” 里表 4 中将有一个很详细的介绍。在 NIR （ 1000-2300nm ）范围则使用 InGaAs 阵列 光

32、谱仪平台AvaSpec光谱仪系统拥有多种平台，包括不同的电子系统、光学平台和探测器。它是针对不同领域的应用而设计的，基于功能强大的微处理器系统，具有独立工作的能力，多通道型光谱仪可以实现通道间同步读出、IN/OUT数字控制信号和USB及RS232接口可以在有/无计算机环境下轻松使用。表5 光谱仪选择表产品型号电子设备光学平台探测器图片AvaMouse带RS-232/USB电路板和氙灯AvaBench-28 (380-780 nm)TAOS 102AvaSpec-102AS-161 带USBAvaBench-45,适用于所有光栅，360-1100 nmTAOS 102AvaSpec-102-US

33、B2AS-5216 带USB2AvaSpec-256AS-161 带USBAvaBench-45,适用于所有光栅，200-1100 nmHAM 256AvaSpec-256-USB2AS-5216 带USB2AvaSpec-1024AS-161 带USBAvaBench-75,适用于所有光栅，200-1100 nmHAM 1024 AvaSpec-1024-USB2AS-161 带USB2AvaSpec-2048AS-161 带USBAvaBench-75,适用于所有光栅，200-1100 nmSony2048AvaSpec-2048-USB2AS-5216 带USB2AvaSpec-3648

34、-USB2AS-5216 带USB2AvaBench-75,适用于所有光栅，200-1100 nmToshiba 3648 AvaSpec-NIR256-1.7AS-5216 带USB2AvaBench-50,适用于光栅，1000-1700 nmHAM NIR256 AvaSpec-NIR256-2.2AvaBench-50,适用于光栅，1000-2200 nmHAM NIR256TEC AvaSpec-xxx-2xxx=102/256/1024/2048AS-161 带USB，双通道AvaBench-45/75,适用于所有光栅，200-1100 nmTAOS 102HAM 256/1024o

35、r Sony2048AvaSpec-xxx-yxxx=102/256/1024/2048 y=3-8AS-161M带1-3AS-161S,3-8通道AvaBench-45/75,适用于所有光栅，200-1100 nmTAOS 102HAM 256/1024or Sony2048典型应用AvaSpec光谱仪系列的应用领域非常广泛，如农业、天文、汽车、生物、化学、镀膜、色度计量、环境检测、薄膜工业、食品、宝石检测、LED检测、印刷、造纸、喇曼光谱、半导体工业等。下面介绍一些典型应用。1颜色测量（详情请点击）-色度仪,色度计一般来说，物体和浓稠液体的颜色测量可以使用不同的实验布局，比如使用反射型光纤

36、探头或积分球。在该测量中，可以使用波长范围在380到780nm，分辨率（FWHM）为5nm的光谱仪；此外，还需要白光连续光源和白色反射瓦。对于测量纺织品、纸张、水果、葡萄酒、鸟类羽毛颜色等不同的应用可以使用不同的光纤探头。应用反射光谱的颜色测量的典型实验布局如图所示。2紫外/可见吸收光谱测量（详情请点击）液体的吸收率测量可以用不同的实验布局和波长范围来实现，如使用浸入型光纤探头或流动样品池进行在线吸收率测量，或使用样品固定器进行样品的吸收率测量。对于测量紫外/可见波长范围的光谱仪，可以选择波长范围200-1100nm、分辨率1.4nm(FWHM)。此外还需要氘-卤素灯作为光源。不同的应用可以选

37、择不同的光纤探头。吸收率测量的典型实验布局如图所示。3发射光谱测量（详情请点击）发射光谱测量可以用不同的实验布局和波长范围来实现，还要用到余弦校正器或积分球。发射光谱测量可以在紫外/可见和可见/近红外波长范围内测量。对于发射光谱的绝对测量，光谱仪可以配置成波长范围从200-400nm或350-1100nm，或组合起来实现紫外/可见200-1100nm，并可以在Avantes公司的定标实验室里进行辐射定标。定标后的实验布局不能改变，如光纤和匀光器都不能更改。为了使实验布局更灵活，用可见/近红外定标光源（AvaLight-HAL-CAL）或紫外/可见/近红外定标光源（AvaLight-DH-CAL

38、）可以在用户现场进行定标。功能强大的AvaSoft-IRRAD软件可以完成定标并载入辐射定标数据。发射光谱测量的典型实验布局如图所示。4LED测量（详情请点击）最简单而且迅速地测量LED的整个光通量的方法就是使用一个积分球，并把它连接到一个Avantes公司的光谱仪上。该系统可以用卤素灯进行定标（AvaLight-HAL-CAL-ISP），然后用AvaSoft-IRRAD软件从测量到的光谱分布计算出相关参数，并实现辐射量的绝对测量。所测光源的光谱发光强度还可以用W/cm2/nm来计算、显示并存储。另外的窗口还可以显示大约10个参数：辐射量W/cm2, J/cm2, W或J；光通量lux或lum

39、en，色轴X, Y, Z, x, y, z, u, v和色温。LED测量的典型实验布局如图所示。5薄膜厚度测量（详情请点击）AvaSpec的膜厚测量系统基于白光干涉测量原理，可以测量的膜层厚度10nm-50m，分辨率为1nm。薄膜测量在半导体晶片生长过程中经常被用到，因为等离子体刻蚀和淀积过程需要监控；其它应用如在金属和玻璃材料基底上镀透明光学膜层也需要测量膜层厚度。配套的AvaSoft-ThinFilm应用软件包括丰富的各种常用材料和膜层的n值和k值，可以实现膜层厚度的在线监测，并可以输出到Excel文件进行过程控制。薄膜厚度测量的典型实验布局如图所示。6真空室镀膜过程监控（详情请点击）光纤

40、光谱仪为真空室内镀膜过程的监控提供了一种灵活的测量手段，它可以方便地把光引入并引出真空室或洁净工作仓，同时选择镀膜过程分析所需要测量的参数。在实际的在线生产中，可以在工作仓中放置几个探头来检测整个生产过程。图示为真空室镀膜过程监控的典型实验布局。在这里一个反射型光纤探头用来在线监测镀膜过程。氘-卤素灯发出的光被导入真空室并传导到反射探头上，反射光由反射探头传导到光谱仪中；也可以再增加一个通道作为参考测量来补偿光源的波动。7氧浓度传感器（详情请点击）氧浓度传感器包括一个光纤荧光探头，探头表面镀有专利技术的膜层，并使用一个蓝光LED作为激发源，还有一台高灵敏度的微型光谱仪。该传感器应用荧光技术测量

41、氧的绝对含量，样品产生的荧光反射回探测器上。当气态或液态样品中的氧扩散到探头的膜层上时，就会使荧光猝灭，猝灭的程度与样品中的氧的浓度是相关的。AvaSoft-OXY应用软件可以同时校正传感器并监测氧的浓度。氧浓度测量的典型实验布局如图所示。8宝石成分检测（详情请点击）颜色是判断钻石成色的决定因素之一，天然钻石和人造钻石可以用波长范围在400-750nm的光检测出来。在天然Ia类钻石的吸收谱中可以发现415nm和478nm的特征波长，而人造钻石在该波长处则没有吸收峰。人造钻石中可以探测到592nm和741nm的波长。而且天然钻石和人造钻石的吸收峰幅值相差近10倍。当然其它宝石也可以用这种方法检测

42、，如红宝石、紫翠玉、蓝宝石等。宝石成分检测的典型实验布局如图所示。9荧光测量（详情请点击）-荧光光谱仪系统在许多应用领域如生物学（叶绿素和类胡萝卜素）、生物医学（恶性病的荧光诊断）和环境应用中都需要用到荧光检测技术。荧光检测通常需要高灵敏度光谱仪（积分时间大于5秒时选用AvaSpec-2048TEC）。在大多数应用中荧光能量仅为激发光能量的3%，波长要长于激发光，而且时散射光。在荧光测量系统中，一定要避免激发光进入到光谱仪中。荧光测量的典型实验布局如图所示。10生物医学应用（详情请点击）在过去的十年中，Avantes公司帮助许多用户进行了血成分分析的非侵入式和侵入式的光谱学测量手段，测量了许多

43、重要的医学指标，如组织和纹理中的氧浓度、血色素、细胞色素和水浓度等。非侵入式检测系统包括AvaSpec-2048单通道微型光纤光谱仪、AvaLight-HAL卤钨灯和反射型光纤探头，而侵入式检测系统则使用了一根植入于导管中的特殊的反射型光纤探头。在需要连续测量氧浓度、血色素的氧化和去氧化过程的医学应用中，该系统得到了成功的应用。 生物医学应用的典型实验布局如图所示。11喇曼光谱测量（详情请点击）AvaRaman拉曼光谱仪系统是一台高度集成化而且价格很低的系统，适用于需要喇曼测量的应用领域。AvaRaman喇曼系统包括半导体激光器， AvaSpec-2048光纤光谱仪，和多种可选光纤探头和AvaSoft-Raman应用软件。AvaRaman拉曼光谱仪系统有量个基本型：1。低成本非冷却型，分辨率25cm-1。2。高性能TE致冷型，分辨率10cm-1。AvaRaman拉曼光谱仪系统特别适用于反应过程监控、产品识别、遥感，水溶液、凝胶体和其它介质中高散射粒子的判定。AvaRaman拉曼光谱仪系统的光源也可以选择50mW或100mW的532nm固体绿光激光器、氩离子激光器或HeNe激光器。12颜色混合及匹配Mix2Match软件可以与AvaMouse或SpectroCam配合使用，也可以与其它能用于颜色测量的AvaSpec光谱仪配合使用。主要的应用领域是印刷业、印染业和绘画业。M