一、什么是光譜儀器

　　光譜儀器是進行光譜研究和物質結構分析，利用光學色散原理及現代先進電子技術設計的光電儀器。它的基本作用是測量被研究光（所研究物質反射、吸收、散射或受激發的熒光等）的光譜特性，包括波長、強度等譜線特征。因此，光譜儀器應具有以下功能：

　　（1）分光：把被研究光按一定波長或波數的發布規律在一定空間內分開。

　　（2）感光：將光信號轉換成易于測量的電信號，相應測量出各波長光的強度，得到光能量按波長的發布規律。

　　（3）繪譜線圖：把分開的光波及其強度按波長或波數的發布規律記錄保存或顯示對應光譜圖。

　　要具備上述功能，一般光譜儀器都可分成四部分組成：光源和照明系統，分光系統，探測接收系統和傳輸存儲顯示系統【1】。

　　根據光譜儀器的工作原理可以分成兩大類：一類是基于空間色散和干涉分光的經典光譜儀；另一類是基于調制原理分光的新型光譜儀。本設計是一套利用光柵分光的經典光譜儀，其基本結構如圖2-1所示【2】。

　　光源和照明系統可以是研究的對象，也可以作為研究的工具照射被研究的物質。一般來說，在研究物質的發射光譜如氣體火焰、交直流電弧以及電火花等激發試樣時，光源就是研究的對象；而在研究吸收光譜、拉曼光譜或熒光光譜時，光源則作為照明工具（如汞燈、紅外干燥燈、烏燈、氙燈、LED、激光器等等）。為了盡可能多地會聚光源照射的光強度，并傳遞給后面的分光系統，就需要專門設計照明系統。

　　分光系統是任何光譜儀的核心部分，它一般是由準直系統、色散系統、成像系統三部分組成，主要作用是將照射來的光在一定空間內按照一定波長規律分開。如圖2-1所示，準直系統一般由入射狹縫和準直物鏡組成，入射狹縫位于準直物鏡的焦平面上。光源和照明系統發出的光通過狹縫照射到準直物鏡，變成平行光束投射到色散系統上。色散系統的作用是將入射的單束復合光分解為多束單色光。多束單色光經過成像物鏡按照波長的順序成像在透鏡焦平面上；這樣，單束的復合光經過分光系統后成功變成了多束單色光的像。目前主要的色散系統主要有物質色散（如棱鏡）、多縫衍射（如光柵）和多光束干涉（如干涉儀）【3】。

　　探測接收系統的作用是將成像系統焦平面上接收的光譜能量轉換成易于測量的電信號，并測量出對應光譜組成部分的波長和強度，從而獲得被研究物質的特性參數如物質的組成成分及其含量以及物質的溫度、星體的運動速度等等。目前光譜儀器的接收系統可以分為目視系統、攝譜系統和光電系統。經典光譜儀器根據設計需要可以選擇其中一種，但干涉調制光譜儀器只能采用光電接收系統。

　　傳輸存儲顯示系統是將探測接收系統測量出來的電信號經過初步處理后存儲或通過高速傳輸接口上傳給上位機，在上位機上對光譜數據進行進一步數據處理及顯示等。

　　二、光譜儀器有哪幾種_光譜儀器構成及分類

　　構成

　　光譜儀主要由一個光學平臺和一個檢測系統組成。包括以下幾個主要部分：

　　光譜儀一般都包括入射狹縫、準直鏡、色散元件（光柵或棱鏡）、聚焦光學系統和探測器。

　　1、入射狹縫：將入射的光學信號構建成一個明確的物像;

　　2、準直部分：使光學信號的光線平行。該準直器可以為透鏡、反射鏡、或色散元件的部分功能，如在凹面光柵光譜儀中的凹面光柵的部分功能;

　　3、色散部分：通常采用光柵，在空間上進將平行光行色散;

　　4、聚焦部分：收集色散的光學信號，使得大部分入射狹縫的單色影像聚焦于焦平面;

　　5、陣列檢測器：放置于焦平面，從而檢測大部分單色影像的光強度。該檢測器可以是CCD陣列或其它的光檢測陣列。

　　分類

　　根據工作原理分為棱鏡光譜儀、衍射光柵光譜儀、干涉光譜儀。

　　根據接收和記錄光譜的方法可以分為看譜儀、攝譜儀、光電光譜儀。

　　根據所能工作的光譜范圍分為真空紫外光譜儀、紫外光譜儀、可見光光譜儀、近紅外光譜儀、紅外光譜儀、遠紅外光譜儀。

　　三、光譜儀器的原理

　　根據現代光譜儀器的工作原理，光譜儀可以分為兩大類：經典光譜儀和新型光譜儀。經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制原理上的儀器。經典光譜儀器都是狹縫光譜儀器。調制光譜儀是非空間分光的，它采用圓孔進光。

　　根據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 （Optical Multi-channel Analyzer）是近十幾年出現的采用光子探測器（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，使傳統的光譜技術發生了根本的改變，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。