光譜學測量的基礎是測量光輻射與波長的對應關系。一般來說，光譜學測量的直接結果是由很多個離散的點構成曲線，每個點的橫坐標（X軸）是波長，縱坐標（Y軸）是在這個波長處的強度。

一個光譜儀的性能，可以分幾個大類，今天我們為大家帶來的是一份了解光譜儀性能指標的簡易清單，希望能夠幫助到大家！

1. 波長范圍

波長范圍是光譜儀所能測量的波長區間。常見的光纖光譜儀的波長范圍是400nm-1100nm，也就是可以探測可見光和一部分近紅外的光。

使用新型探測器可以使這個范圍拓展至200nm-2500nm，即覆蓋紫外、可見和近紅外波段。光柵的類型以及探測器的類型會影響波長范圍。

一般來說，寬的波長范圍意味著低的波長分辨率，所以用戶需要在波長范圍和波長分辨率兩個參數間做權衡。如果同時需要寬的波長范圍和高的波長分辨率，則需要組合使用多個光譜儀通道（多通道光譜儀）。

2. 波長分辨率

顧名思義，波長分辨率描述了光譜儀能夠分辨波長的能力，常用的光譜儀的波長分辨率大約為1nm，即可以區分間隔1nm的兩條譜線。Avantes公司可以提供的高的波長分辨率為0.025nm。

波長分辨率與波長的取樣間隔（數據的x坐標的間隔）是兩個不同概念。一般來說，高的波長分辨率意味著窄額度波長范圍 ，所以用戶需要在波長范圍和波長分辨率兩個參數間做權衡。

如果同時需要寬的波長范圍和高的波長分辨率，則需要組合使用多個光譜儀通道（多通道光譜儀）。

3. 噪聲等效功率和動態范圍

當信號的值與噪聲的值相當時，從噪聲中分辨信號就會非常困難。一般用與噪聲相當的信號的值（光譜輻照度或光譜輻亮度）來表征能一個光譜儀所能夠測量的弱的光強(Y軸的MIN值)。

噪聲等效功率越小，光譜儀就可以測量更弱的信號。狹縫的寬度、光柵的類型、探測器的類型等等參數都會影響噪聲等效功率。

因為這些參數也會影響波長范圍和波長分辨率，用戶需要在這些指標間做出取舍。對探測器制冷（Avantes公司的制冷型光譜儀）有助于減小探測器的熱噪音，優化探測器檢測弱光的能力。

動態范圍描述一個光譜儀所能夠測量到的強的信號與弱的信號的比值。強的信號為光譜儀在信號不飽和情況下，所能測量的大信號值，弱的信號用上述的噪聲等效功率衡量。動態范圍主要受制于探測器的類型。

傳統上，動態范圍是影響測量方便性的一個很關鍵的指標，但目前大部分光纖光譜儀都可以通過調整積分時間的方式等效地擴大動態范圍，因此，動態范圍一般不會對用戶的測量帶來困擾。

4. 靈敏度與信噪比

靈敏度描述了光譜儀把光信號變成電子學信號的能力，高的靈敏度有助于減小電路本身的噪聲對結果影響。

狹縫的寬度、光柵的類型、探測器的類型以及電路的參數都會影響靈敏度。衍射效率高的光柵和量子效率高的探測器都有利于提高光譜儀的靈敏度。人為地調高前置放大電路的放大倍數也會提高名義上的靈敏度，但并不一定有助于實際的測量。

寬的狹縫會改善靈敏度，但也會降低分辨率，因此，需要用戶綜合考慮和權衡。 光譜儀的信噪比定義為：光譜儀在強光照射下，接近飽和時的信號的平均值與信號偏離平均值的抖動值（以標準偏差橫向）的比。

需要注意的是，因為定義中沒有對光源做任何限制，使用這個定義所測量到的信噪比并不能等同于用戶在實際實驗中所能實現的信噪比。光譜儀的信噪比主要受探測器限制。通過光譜儀電路的平均功能累加信號，可以提高實際測量中的信噪比。

5. 干擾與穩定性

實際光譜儀與理想光譜儀的重要區別之一是其內部存在雜散光等干擾。

雜散光會影響信號的準確性，并對測量弱信號帶來麻煩。特殊設計的低雜散光光路能夠降低光路中的雜散光。

光譜儀的光路和探測器都不可避免地隨著環境而變化，例如，環境溫度的變化會導致光譜儀波長（X軸）的漂移。對光路和探測器做特殊處理能夠增強光譜儀的長期穩定性。然而，這些特殊處理會增加光譜儀的硬件成本。

6. 采樣速度和時序精度

光譜儀可以在一秒鐘內采集約900幅完整的光譜。當需要研究在更短時間內的光譜變化時，更快速的光譜儀可以在一秒鐘內采集高達8000幅光譜。

然而，這些光譜儀往往在波長分辨率等指標上不能與標準光譜儀媲美，用戶也必須綜合考慮各個指標。

光譜儀必須具備好的時序性能方能捕捉到很短的脈沖信號。不同類型的光譜儀的時序精度差別很大，性能好的可以到納秒量級的時間精度，而性能差的只能到毫秒量級的時間精度。

HELIOS是一種自動飛秒瞬態吸收光譜儀。它可以匹配和各種放大的飛秒激光器使用，包括高能鈦寶石放大器和高重復率鐿放大器。HELIOS的設計區別于傳統的手動式泵浦探測系統，極大地提升了研究人員的實驗體驗。

系統特點：

●更寬的探測光譜范圍

●為瞬態吸收優化的光譜分辨率

●8ns時間窗口，可擴展至ms

納秒窗口是通過使用直驅高速光學延遲線來實現的。延遲線光學器件采用定制設計的支架，以提高光束對準的再現性和整體可靠性。這種延遲線具有高分辨率和高速度的特點。高速掃描非常重要，因為它允許偽隨機步進，而不會顯著增加實驗時間。這種類型的步進對于最小化激光不穩定性和樣品退化的影響非常有用。

使用EOS附加組件，標準的8 ns時間窗口可擴展到毫秒。

光延遲線參數：

時間窗口8ns

分辨率：14fs

最小步進：2.8fs

最大速度：10ns/s

自動校正時間：3-5min

光漂移量：<10um

●HELIOS最大的特點是它的自動化程度，保證了系統信號的穩定性，減少了用戶經常丟失信號的煩惱。

可實現自動化光學延遲線校正

自動切換光譜范圍（UV/VIS/NIR/SWIR）

自動泵浦光校正

●Helios的線陣探測器都采用了光纖的方式與光譜儀耦合

●樣品架

可以選配磁力攪拌器，允許使用封閉的比色杯（≥2 mm長），并且可以使用簡單的比色皿支架。平移樣品支架既可以用于透射樣品，也可以用于反射樣品。

審核編輯：湯梓紅