光譜測(cè)量可廣泛應(yīng)用于許多不同的領(lǐng)域，如顏色測(cè)量,、半導(dǎo)體領(lǐng)域里的測(cè)量,、化學(xué)成分的濃度測(cè)量等。光譜測(cè)量的核心是物質(zhì)輻射或散射,、透射或反射的光攜帶了該物質(zhì)的屬性和條件的信息,，如化學(xué)和物理成份等參數(shù)。
光譜儀在激光領(lǐng)域主要有激光波長(zhǎng)測(cè)量,、激光誘導(dǎo)擊穿光譜和電弧等離子體光譜診斷幾個(gè)典型應(yīng)用,。
一,、激光波長(zhǎng)測(cè)量
隨著激光技術(shù)越來(lái)越廣泛地用于工業(yè)加工,、通信、測(cè)量,，以及醫(yī)療科研等領(lǐng)域,，快捷地測(cè)量和分析激光器的光譜已經(jīng)成為一種迫切需求,。
通過(guò)光譜儀，我們可以方便地監(jiān)測(cè)激光的波長(zhǎng),、幅值,、半寬值（FWHM）、波峰數(shù)目等參數(shù)隨時(shí)間變化的情況,。我們甚至還可以自定義一些參量,，并觀察它們隨時(shí)間的變化情況。我們可以選擇多通道光譜儀覆蓋全部的200～1100 nm波長(zhǎng)范圍，同時(shí)還可以滿足高分辨率的需求,，也可以選擇只覆蓋紫外部分,、可見或近紅外部分的激光光譜。當(dāng)然,，如何選擇最終仍要取決于用戶的實(shí)際需求,。
01 連續(xù)激光器的波長(zhǎng)測(cè)量
對(duì)于連續(xù)激光器來(lái)說(shuō)，測(cè)量尤為簡(jiǎn)單,。運(yùn)行軟件后,，設(shè)置合適的積分時(shí)間，如下圖所示,，就可以得到一個(gè)合適的光譜圖,。為了使測(cè)量的激光峰值波長(zhǎng)更為準(zhǔn)確，需要正確設(shè)置光譜儀的Smoothing及Spline設(shè)置,，具體可以參照產(chǎn)品說(shuō)明進(jìn)行操作,。在測(cè)量激光時(shí)應(yīng)該注意的是，由于激光功率很強(qiáng),，一般不會(huì)將激光直接耦合入光纖,，而是先將激光打在一個(gè)屏上，然后光纖接收從屏散射出的激光信號(hào),。
02 脈沖激光器的波長(zhǎng)測(cè)量
對(duì)于重復(fù)頻率比較高（比如100 Hz以上）的脈沖激光而言，可以把它當(dāng)成連續(xù)激光來(lái)測(cè)量,。而重復(fù)頻率比較低,，或者個(gè)別的需要測(cè)量單脈沖的情況下，為了和激光脈沖精準(zhǔn)同步,，光譜儀最好選擇在外觸發(fā)模式下工作,。
03 監(jiān)測(cè)激光波長(zhǎng)隨時(shí)間變化
要監(jiān)測(cè)激光波長(zhǎng)隨時(shí)間的變化，只需要在軟件中打開 TimeSeries模塊,，設(shè)置希望監(jiān)測(cè)的參量,，就可以看到激光波長(zhǎng)、峰值,、強(qiáng)度等參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線了,。軟件還能夠允許您多窗口同步工作，同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)參數(shù)隨時(shí)間的變化,。
AVANTES光譜儀激光波長(zhǎng)測(cè)量示意圖
二,、 激光誘導(dǎo)擊穿光譜應(yīng)用
激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）是一種原子發(fā)射光譜技術(shù)，它使用脈沖激光器在燒灼材料的同時(shí)產(chǎn)生等離子體。對(duì)明亮的等離子體進(jìn)行光譜分析就會(huì)得到樣品元素成分的信息,。LIBS可以應(yīng)用在廢舊金屬分選,、塑料分析、農(nóng)藥殘留檢測(cè),、礦物分析等方面,。
由于LIBS技術(shù)可以直接對(duì)材料進(jìn)行分析，而不需要對(duì)材料做任何預(yù)處理,，所以在許多情況下,，只用一個(gè)激光脈沖就可以進(jìn)行樣品分析，因而LIBS系統(tǒng)能夠快速分析大量樣品,。
在元素分析時(shí),，LIBS具體應(yīng)用方法如下：
激光束聚焦在被測(cè)材料表面；
焦點(diǎn)溫度達(dá)到某個(gè)值時(shí),，表面材料變成等離子體并發(fā)光輻射,；
收集輻射光并按波長(zhǎng)色散，得到光譜數(shù)據(jù),，對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,。
三、電弧等離子體光譜診斷
隨著現(xiàn)代焊接技術(shù)的發(fā)展,，對(duì)焊接質(zhì)量檢測(cè)與控制越來(lái)越重要。焊接電弧光譜由于其自身信息量大,、信噪比高,、介入性小、測(cè)控精度高等特點(diǎn),，在一些場(chǎng)合得到成功應(yīng)用,。電弧光譜的應(yīng)用領(lǐng)域包括：電弧防護(hù)、光譜法測(cè)定電弧的溫度場(chǎng),、氣體成分及濃度的測(cè)定與控制等,。因此對(duì)于不同焊接參數(shù)下電弧光譜輻射及其變化特點(diǎn)的研究非常重要。
焊接光譜信息的采集和分析系統(tǒng)建議使用高分辨率,、多通道（最多10個(gè)通道）光纖光譜儀,，波長(zhǎng)范圍200-1100 nm，光譜分辨率（FWHM）最高可達(dá)0.05-0.06 nm,，光譜采樣間隔約0.02 nm,。一分多光纖保證了光譜信號(hào)采集在時(shí)間和空間上的同步性。
除上述應(yīng)用外,，光纖光譜儀還可廣泛用于石油化工,、手機(jī)屏顯、農(nóng)業(yè)食品,、制藥,、LED、汽車,、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域,。隨著我國(guó)工業(yè)智能制造概念的提出，光譜儀在這些領(lǐng)域中的線上應(yīng)用也勢(shì)將蓬勃發(fā)展,。
采購(gòu)小貼士
探測(cè)器是選擇合適測(cè)量光譜系統(tǒng)的關(guān)鍵,。在確定了需要測(cè)量的波長(zhǎng)范圍后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試速度和精度要求,，選擇合適的探測(cè)器,。目前市場(chǎng)上常見的光譜儀探測(cè)器為CCD探測(cè)器、CMOS探測(cè)器和InGaAs探測(cè)器,。
CCD探測(cè)器分為背照式和前照式,；對(duì)于在紫外區(qū)（200-350 nm）和近紅外區(qū)（900-1160 nm）既需要高量子效率又需要高信噪比和較大動(dòng)態(tài)范圍的應(yīng)用，背照式CCD探測(cè)器是不錯(cuò)的選擇,，但是價(jià)格相對(duì)前照式較高,。
CMOS探測(cè)器測(cè)試速度快，可以在更短時(shí)間內(nèi)獲取光譜,，觸發(fā)延遲性能好并且在紫外波段靈敏度高,，如果關(guān)注這些要點(diǎn)推薦選擇CMOS探測(cè)器的光譜儀。
InGaAs探測(cè)器在近紅外區(qū)域有著極高的靈敏度,。InGaAs探測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍受暗噪聲限制,。對(duì)于1750 nm以下的測(cè)量，探測(cè)器無(wú)需制冷,；對(duì)于需要擴(kuò)展至2000-2500 nm波長(zhǎng)范圍的應(yīng)用,，需要采用二級(jí)制冷的探測(cè)器來(lái)降低暗噪聲。
除此之外,，分辨率,、靈敏度、雜散光,、二級(jí)衍射效應(yīng),、通信接口等也是非常重要的參數(shù)。
作者
張志偉,，北京愛萬(wàn)提斯（Avantes）科技有限公司總經(jīng)理,，在激光及光譜領(lǐng)域工作了30余年具有豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。Avantes公司是微型光纖光譜儀的制造商,，公司的總部位于荷蘭,。
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