炉口光谱采集光学系统的设计(3)

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上世纪中期，光电倍增管得到了不断的改善。美国的ARL公司用光电倍增管来接收衍射光栅分光后的光谱，生产了光电直读光谱仪。光谱仪器开始将光信号向电信号转变的过程。上世纪九十年代，得益于其他相关技术的发展，光谱仪器有了飞速的发展。光纤的大批量生产低损耗传输，CCD阵列相比光电倍增管的微型，光学元件高效低廉化、计算机的出现和MEMS技术的发展使得光谱仪朝着微型化的方向发展。CCD由于具有响应波长范围宽、灵敏度高、噪声小、质量轻、尺寸小等诸多优点被广泛使用于光谱仪中。

1.2.2光谱仪的应用

光谱仪研制初期主要用于研究识别地质矿物和植被遥感等领域。随着光谱技术的日臻成熟，光谱仪被广泛的应用于地质，天文，生态，海洋，大气科学等学科。

现今光谱仪被应用于军事方面，相比与传统的可见光照相侦查技术，光谱仪可以发现传统技术无法识别的经过伪装，隐藏的目标。所有武器系统都有热源，因而当热源启动时，通过分析其向外辐射电磁波的光谱可以准确的识别武器系统。光谱仪的遥感功能在民用方面的应用极为广泛，不仅可用于天文方面的研究，也可以对森林，海洋，大气状况进行监控，从而防治一些自然灾害。光谱仪也促成了医学和宇宙探测方面的较大发展。

1.2.3光谱仪的分类

因当科学发展对光谱仪的需求多种多样，光谱仪的种类和分类方式也有着较大的差别。

(1)以扫描方式分类

I.挥扫式成像光谱仪

该光谱仪通过扫描反射镜的转动，将目标物体进行逐行扫描成像。其优点在于像元配准好，缺点是因为对像元进行逐个摄像限制光谱仪的分辨率和灵敏度。

II.推扫式成像光谱仪

该光谱仪以二维面阵探测器作为其探测装置，按照飞行方向进行推扫，该光谱仪的灵敏度和分辨率较之挥扫式都有了提升。

III.窗扫式成像光谱仪

通过传感器搭载平台的自身运动，进行沿轨方向进行扫描。

IV.画幅式成像光谱仪

通过传感器搭载平台的自身运动，获取不同目标的光谱信息。

(2)以波段数分类

I.多光谱成像光谱仪

该光谱仪的光谱通道数为几个至十几个。

II.高光谱成像光谱仪

该光谱仪的光谱通道数为几十个至几百个。

III.超光谱成像光谱仪

该光谱仪的光谱通道数为上千个。

(3)以分光原理分类

I.滤波片型

该光谱仪滤光片种类较多，原理简单，但是透光率低，光谱范围有限，结构复杂，成本较高。

II.折射棱镜型

该光谱仪的技术已较为成熟，具有能量利用率高的特点。

III.衍射光栅型

衍射光栅是目前最常用的分光方式，其工作波段不受材料透过率的限制，分辨率也较高。

IV.干涉型

干涉型光谱仪又可分为双光束干涉和多光束干涉。因其潜在的高通量、多通道和高光谱分辨率等优点。有极大的发展空间和应用前景。

（4）以调制方式分类

该分类方式共分为空间调制、时间调制和联合调制三类。

1.2.4光谱仪的发展

目前微型光谱仪最有名气的公司有美国的海洋光学和荷兰的Avantes公司。这两家公司具有全球领先的光谱技术，生产的微型光谱仪占有全球大半的市场份额。

海洋光学公司早期推出的USB2000高性能的微型光谱仪，该光谱仪取得巨大的成功，迅速被人们接受，是海洋光学公司的旗舰产品。随后，海洋光学在USB2000基础上推出了USB4000微型光纤光谱仪，该光谱仪是对USB2000的改进，现已完全取代了USB2000（USB2000已停产）。该光谱仪光栅有14种选择，入射孔径可选5、10、25、50、100的狭缝和无狭缝的光纤，波长范围可从200nm到1100nm,用户可以根据自己的使用情况选择符合自己要求的光谱仪，光学分辨率根据选择的光栅和狭缝的不同而可达0.3~10.0nm FWHM.探测器采用的是东芝生产的TCD1304AP线阵CCD,3648像素像元尺寸8um*200um,带有电子快门，最短积分时间可达10us,具有高信噪比.16位A/D转换卡，使用USB2.0连接主机，可即插即用，并通过USB总线的电源线从主机获得电源，不需要使用独立电源，同时还可使用RS232串口与主机相连，但这时要为光谱仪提供一个独立的电源供其工作，而且RS232的传输速度不如USB2.0.该光谱仪采用的是非对称交叉Czerny-Turner光路，用SMA905标准光纤接口。源]自{751·~论\文}网·www.751com.cn/