开学第一课｜一文读懂奥谱天成全系列光谱仪，选型不再迷茫！
2026-09-17 17:57:05
奥谱天成
根据不同的分类标准，光谱仪可以分为多种类型，每种类型都有其独特的原理和应用。 图1：光谱仪结构原理图 按照原理分类： 1. 吸收光谱：包括紫外吸收、可见吸收、红外吸收等，用于检测样品对特定波长光的吸收情况。 2. 发射光谱：包括荧光、拉曼光谱等，用于检测样品在受激发后发射的光谱。 3. 旋光光谱：用于测量样品对偏振光的旋转能力。 按照应用分类： 1. 分子光谱：涉及分子能态改变时的吸收或发射光谱，如红外光谱、紫外可见光谱等。 2. 原子光谱：涉及原子能级变化时的吸收或发射光谱，如原子吸收光谱、原子荧光光谱等。 按照分光元件分类： 1. 棱镜光谱仪：利用棱镜作为色散元件，通过折射将不同波长的光分散开来。 2. 衍射光栅光谱仪：利用衍射光栅作为色散元件，通过衍射将不同波长的光分散开来，具有更高的分辨率。 3. 干涉光谱仪：利用干涉原理进行光谱分析，常用于高精度的光谱测量。 一、棱镜光谱仪 图2：棱镜光谱仪 棱镜光谱仪是一种利用棱镜折射不同波长光的仪器，通过棱镜的折射作用，不同波长的光会以不同的角度被折射出来，从而实现光谱的分离和分析。棱镜光谱仪广泛应用于地球资源普查、环境监测、医疗器械以及自然灾害检测等领域。 图3：棱镜光谱仪结构图 棱镜光谱仪的光谱分辨率主要由以下因素决定： 棱镜的色散：色散越强，分辨率越高； 准直透镜和照相透镜的焦距：焦距越长，分辨率越高。 在设计棱镜光谱仪时，通常会考虑色散元件的选择和优化。例如，棱镜-光栅-棱镜（PGP）组合色散元件的设计可以有效校正光谱弯曲，提高成像光谱仪的性能。此外，棱镜材料的选择也非常重要，不同材料的棱镜具有不同的色散特性，如熔融石英和CaF2材料组合的消色差棱镜组可以优化色散非线性。 棱镜光谱仪的设计还需要考虑系统的光路共轴性、色散线性度以及像差校正等因素。例如，采用三片胶合棱镜的设计可以保证中心波长无偏离，色散接近线性。另外，通过优化材料和结构，可以提高光谱分辨率和色散均匀性。 棱镜光谱仪在实际应用中，还可以结合其他光学元件和技术进行改进。例如，利用离轴校正透镜可以有效校正大视场像差和色散非线性。此外，基于组合棱镜的大视场干涉成像光谱仪可以通过偏振干涉技术扩大视场，提高光学性能。 衍射光栅光谱仪 衍射光栅分光方式现为目前主流光谱分光模式，奥谱天成主要采用闪耀光栅作为光谱仪分光元件，根据光栅固定与否，常见的光谱仪主要分为光纤光谱仪与光栅光谱仪。 光纤光谱仪： 图4：光纤光谱仪 光纤光谱仪内部通常采用固定光栅，通过光纤将被测光耦合到光谱仪中进行分析，利用CCD或CMOS传感器，从而获取整个光谱范围的光谱。 图5：光纤光谱仪光路构造 光纤光谱仪基本构造由光纤接头、入射狭缝、准直镜、光栅、聚焦光学系统、探测器组成。其中按内部光路系统区别，可分为反射式和透射式光纤光谱仪，反射式光路中比较普遍采用的光路结构分别为：基本型切尼-特纳(czerny-turner)光路结构(非交叉式)和交叉式切尼-特纳光路结构。 光纤光谱仪由于使用光纤进行耦合，支持灵活搭建光谱采集系统，非常便于集成到各类系统里。光纤光谱仪为“定制化”产品，对于不同场景要求，可选配不同光路结构、狭缝尺寸、光栅线数来实现光谱采集。因其模块化及高集成度，在诸如农业、生物、化学、地质考古、宝石检测、食品安全、色度计算、环境检测、医药卫生、LED检测、半导体工业、石油化工等领域都有广泛应用。 光栅光谱仪：通常利用光栅将复合光分解为不同波长的光谱线，通过旋转光栅或移动狭缝来扫描不同波长的光。 图6：一些标准的光栅光谱仪 这种光谱仪由于光栅可转动，且通常内部提供多个光栅，支持切换使用，具有多套光谱，因此兼顾了超宽光谱范围与超高光学分辨率，适用于需要高分辨率和高灵敏度的应用，且可灵活适应不同波段范围的场景测试。 图7：奥谱天成光栅光谱仪 奥谱天成深耕光谱行业多年，业已成功推出全系列光栅光谱仪产品。采用高精密电机驱动光栅 , 进行旋转扫描 , 具有波段范围宽 , 动态范围大、分辨率高、 配置灵活等特点。还可选配多种探测器 , 实现从深紫外到中远红外的各个波段范围的探测。 干涉光谱仪 干涉光谱仪是一种基于干涉原理进行光谱测量的仪器，其核心部件是干涉仪。干涉光谱仪通过引入入射光的相位变化并安排在所需频率处产生相干干涉，以及在所有其他频率处产生破坏性干涉来实现光谱区分。 干涉光谱仪通常利用F-P干涉仪或迈克尔逊干涉仪等结构，通过动镜的移动产生不同的光程差，从而获取干涉图。这些干涉图经过傅里叶变换后，可以得到目标物体的光谱信息。 法布里-铂罗（F-P）光谱仪： 图8：F-P腔光路示意图 图9：探测器的成像是同心圆。反射率越高，图形越尖锐 F-P干涉仪的工作原理是利用多光束干涉现象，当入射光在两个平行反射面之间多次反射后，不同路径长度的光束会相互干涉，形成同心圆状的干涉条纹。这些条纹的精细度取决于反射面的反射率和平行度，以及腔体的长度。通过调节腔体长度或反射率，可以实现对干涉条纹的精细控制，从而达到高光谱分辨率。 特点： 除了光谱，还可提供成像（不同入射角会出现在探测器的不同位置）； 小体积同时提供极高光谱分辨率； 需严格控制温度及各种物理扰动； 腔体反射面平面度要求高。 傅里叶红外光谱仪（FTIR）： 图9：傅里叶红外光谱仪 傅里叶红外光谱仪主要基于迈克尔逊干涉仪，通过干涉图样来获取光谱信息。光源发出的光被分束器分成两束，分别经过样品和参考路径后重新合成，形成干涉图样，再通过傅里叶变换计算得到红外光谱图，这种光谱仪广泛应用于材料化学键的定性和半定量分析，以及物质对红外光的吸收测量。 性能特点： 可以同时获得所有波长的光谱信息。在探测器本身噪声占主导时，增加所收集光谱的波长范围不会降低噪声，相反，波长越宽，信噪比越好； 可以提供非常高的光谱分辨率，而不需要很大体积； 中远红外波段，宽光谱范围。 一，ATP1 系列（超微型光纤光谱仪，代表型号 ATP1010、ATP1030） 图11.ATP1030实物图 ATP1 系列属于超微型光纤光谱仪，整机体积小巧紧凑，无活动光学部件，具备良好稳定性，ATP1030 相比 ATP1010 拥有更高像素与分辨率，覆盖紫外‑可见‑近红外波段，硬件可按需选配狭缝、光栅做定制化配置，非常适合设备集成嵌入，多用于水质在线监测、地物光谱采集、样品反射透射测试、小型便携式光谱设备开发等场景。 二，ATP2 系列（高性价比通用光纤光谱仪，代表型号 ATP2000P、ATP2002、ATP2400） 图12.ATP2000P实物图 ATP2 系列为通用型紫外‑可见光纤光谱仪，综合性能均衡、性价比突出，其中 ATP2000P 主打通用测量，ATP2002 内置脉冲氙灯驱动模块，适配荧光、吸光度测试，ATP2400 为超薄高速版本，采样帧率高，该系列可完成透射、反射、辐照度等常规光谱检测，广泛应用于光学镜片与晶圆检测、光源测试、教学实验、工业在线检测、各类光学系统集成等领域奥谱天成。 三，ATP3 系列（高分辨率光纤光谱仪，代表型号 ATP3030、ATP3330） 图13.ATP3030实物图 ATP3 系列是高分辨率光纤光谱仪，部分机型采用 M 型光学光路，在不牺牲过多信噪比的前提下实现优秀光谱分辨能力，支持多机 HUB 组网、外触发同步采集，波长校准精度高，适合对谱峰分辨能力有要求的测试，主要应用于激光光谱检测、拉曼预实验、薄膜光谱分析、微弱特征谱线测量、多通道同步采集系统搭建等科研与工业场景。 三，ATP5 系列（制冷型高灵敏度光纤光谱仪，代表型号 ATP5020、ATP5200、ATP5330） 图14.ATP5200P实物图 ATP5 系列搭载半导体制冷 CCD 探测器，通过制冷有效降低暗电流与背景噪声，显著提升信噪比与长时间测量稳定性，分为普通制冷与 M 型光路超高分辨率制冷版本，针对微弱光信号做优化，适合弱光采集，多用于拉曼光谱测试、荧光检测、低亮度样品光谱分析、长时间不间断在线监测、紫外波段精密测量等对灵敏度要求高的场景奥谱天成。 四，ATP6 系列（科学级光纤光谱仪，代表型号 ATP6500） 图14.ATP6500实物图 ATP6 系列为科研级微型光纤光谱仪，采用高性能背照式制冷 CCD 探测器，拥有大动态范围、低暗噪声的优势，光谱综合性能强，支持复杂定标与高级算法处理，面向实验室级精密光谱测量，常用于材料科研、光学器件表征、高级拉曼与荧光实验、各类高校科研平台搭建，也可用于要求严苛的工业品质检测场景。 四，ATP7 系列（扫描光栅系列，代表型号 ATP7330、ATP7510） 图15.ATP7510实物图 ATP7 系列为扫描光栅类仪器，区别于固定光栅光纤光谱仪，依靠电机驱动光栅完成波长扫描，包含高性能科研光栅光谱仪 ATP7330 与微型光栅单色仪 ATP7510；ATP7330 具备多焦长可选、塔式多光栅切换、超高分辨率、双探测器接口等优势，面向高端科研实验，ATP7510 体积小巧、支持光纤 的输入输出、5V 低压供电，便于 OEM 集成，该系列可输出可调谐单色光，也可做发射光谱扫描，广泛用于拉曼、荧光、光致发光实验、光学器件标定、高校科研平台以及定制化光电测试系统搭建。 四，ATP8 系列（近红外 / 短波红外光纤光谱仪，代表型号 ATP8000、ATP8130、ATP8600、ATP8730） 图16.ATP8000实物图 ATP8 系列为红外波段光纤光谱仪，搭载 InGaAs 红外探测器，覆盖 900‑2500nm 近红外、短波红外区间，包含深度制冷、超微型、超高分辨率多个子型号，部分机型支持深度制冷进一步压低暗噪声，适配红外波段物质分析，大量应用于农产品成分检测、中药在线监控、激光波长监测、FBG 光纤解调、材料红外光谱分析、分选设备集成等场景。
