光子历程：from spark to spectra | 量子荧光|微型光纤光谱仪-ag贵宾会

光子在光谱仪内部与内部器件发生碰撞，经历一段奇妙的旅程与转换到达显示器，并被我们所读，这其中发生了些什么？光谱仪又对光子做了什么转换？读完光子历程，您就会有一个大概的了解。

激情四射的开场

•光子在经历了与不同元器件的碰撞，经过了大量的转变之后，才能以光谱的形式输出。光谱仪中光子都发生了些什么？光子的历程也将从这里开始。

•光子可以来自于太阳、星辰，也可以源于光源灯泡、led灯、激光等等。特定的波长会产生特定的光子，光谱的形成伴随着光子的一生。

到达狭缝前的崎岖旅程

• 当光子在空间自由传播时，会遇到空间存在的物质，那就可能发生反射、透射或者吸收等现象发生。

•不同材质在不同的波长有吸收、反射或者透射等现象，因此每种相互作用都会过滤、改变或者减少不同波长段的光子。

 路径

• 光学光纤将光从一个点传输到另一个点，而不受环境光的影响 • 光谱仪和光纤入口都为sma905标准接口，这保证了光纤、狭缝的精确聚焦。

 狭缝

• 狭缝是一个非常狭窄的入光口，光束可以通过它直接进入到光谱仪内部 • 狭缝越大，更多的光子可以通过，但是却牺牲了光谱仪的光学分辨率

准直

• 光子进入狭缝之后 ，还是在自由空间中传播的。而使用准直镜就能最高效率地提高光传播

• 准直可以确保所有光子都以 平行的路径到达另一器件，而不会发生未预知的散射

衍射

• 准直镜将光反射并准直到衍射光栅上，将光子按照不同波长进行分光 • 这是分光的最重要环节，光栅可以将光分为不同波长段，然后光谱仪检测器就能检测各个波长的信息

聚焦

• 光衍射之后到达聚焦镜，聚焦镜将其收到的所有波段的光投射到检测器上

• 检测器是线性ccd，为一个维度的线性排列，ccd上的每个像元素能收集一段很窄波段范围的光子

权衡一直存在

• 窄范围= 高分辨率

• 宽范围= 低分辨率

牺牲是必须的

不同的狭缝和光栅搭配可以获得我们所需的光谱范围和光学分辨率，但是我们还是要面临一些妥协。窄波段范围的光谱仪可以有高的分辨率，比如在激光测试应用中，我们就需要窄波段高分辨率的光谱仪；比如在一般的吸光度测试中，我们则需要宽波段的光谱仪，这时候光谱仪的分辨率就相对比较低。如果要获得波段范围、分辨率的平衡，我们就需要使用更大的光学平台，比如hr2000 cg，就可以覆盖200-1100nm，而分辨率可达~1.0 nm (fwhm) 

光电转换

• 每个像元素以量子阱模式工作，量子阱收集特定波段范围的光子

• 在每个积分周期伊始，量子阱是一直充满电荷的

• 积分时间越长，像元会获得越多的光子；一旦电荷全部消耗，像元素就会饱和，从而就不能再获得新的光子信号

• 当光子到达检测器，光子能量就释放（即转换成电子），就不再被我们所观察到

 数字模拟

• 积分时间结束，就能读出检测器上的电荷水平

• 读出值（模拟电压）通过ad转换，将每个像元素的电压转换成“counts”

• 在这个阶段，光子也就转换成数据了。当光子在光谱仪中的旅程终结，另一个旅程故事就开始了：即电子的转换，软件输出

动态范围

当把每个像素点的模拟电压转换成非连续值，adc的分辨率就发挥着重要作用。一个12-bit的adc可以表征0-4095（ 2^12 ），所以峰值最大值与基线的差值为4096 counts。相对的，如果16-bit的adc就可以表征0-65535（ 2^16 ），如果是18-bit，那就能表针更”高”的数值了。

又一新的旅程

光子的旅程：从光子的产生、光谱仪中的传输、到达检测器像元，光子经历了一段崎岖的行程。光子经过数模转换变成我们所能看到的数据，并以光谱的形式展现出来 。