第30卷，第5期 2010年5月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
宽谱段光纤光谱仪
郑宝华1.3，程德福"，郑志忠”，修连存2 1.吉林大学仪器科学与电气工程学院，吉林长春
130026
2.南京地质矿产研究所，江苏南京210016 3.吉林化工学院，吉林吉林132022
Vol.30,No. 5,pp1417-1421
May，2010
摘要为满足野外现场矿物分析、遥感地面验证光谱分析等的需要，研制了实现光谱覆盖范围在400～ 2500nm的宽谱段光纤光谱仪，介绍了仪器研制过程中的光学、机械与电子学设计。光学系统采用了光栅分光的水平反射式光路，对于不同的光谱探测谱段，采用了三路线阵探测器在光谱面的3个方向立体交错放置进行探测；用CPLD(complexprogrammablelogicdevice)实现对三路线阵光电器件时序逻辑信号的发生与驱动；采用14位高速ADC进行数模转换；采用USB2.0实现通讯。仪器体积小、光谱分辨率高、信号质量和测量速度等方面均达到了满意效果，测试结果表明，仪器实现了宽谱测量，光谱数据理想。
同光纤光谱仪；光栅；光谱；CPLD；USB2.0；CCD
关键词
中图分类号：TH744.1
引言
文献标识码：A
DOI; 10. 3964/j. issn. 10000593(2010)05-1417-05
1光机系统
400~2500nm光谱范围覆盖了可见至近红外的宽谱段，采用光据分光很难在宽谱段都有高的效率。在实验室使用的可见至近红外光谱仪都是采用多块光栅切换扫描和多个单点探测器进行光谱测量。随着CCD线阵、CMOS线阵等阵列器件的广泛应用，出现了基于线阵列探测器的光谱仪。如美国OceanOptics公司的USB2000型光纤光谐仪，其光谱范图覆盖在200～1100nm之间，且体积小测量速度快，很受市场欢迎("。为满足野外现场矿物、环境及土壤等测试及遥感地面验证仪器的需求，光谱范用需达到400～2500nm，同时要求仪器体积小、重量轻和测量速度快。目前，满足上述要求的只有美国ASD公司生产的FieldSpec-3光谱仪，该谱仪采用一套摄谱仪和两套近红外扫描光栅光谱仪进行拼装实现宽谱段的测量，主要存在问题是多个谱仪拼装造成仪器笨重；输入光采用3根光纤分别导人，导致测量点的代表性差；光栅扫描方式导致测量速度较慢("。本文所述宽谱段光纤光谱仪是基于一套摄谱仪光路实现宽谱覆盖，测量代表性强。文中叙述了如何用一块光摄实现宽谱的高效率和操测器
光谱响应不能宽谱覆盖的两个核心问题。收稿日期：2009-11-11，修订日期：2010-02-16
基金项目：中国地质调查局地质调查工作项月（1212011560704)资助
仪器由光源系统、样品反射测量系统、分光系统、电路系统和计算机控制分析系统5部分组成[]。其中反射样品光经过光纤耦合进入分光系统，分光系统采用平面光栅分光的摄谱方式。探测器采用Si线阵器件探测400~900nm范围的光谱，2个InGaAs线阵器件分别探测900~1700和1700~ 2500nm范围的光谱。分光系统中的光摄衍射效率选择在长波近红外区域，在短波近红外及可见光区域由于采用高灵敏的S线阵器件，从面券补了光概效率低的缺陷，另外，还可提高积分时间来增加信号强度和提高信噪比)，在光谱面
上，采用探测器像面立体交错拼接的方法。 1.1光学参数计算
光学设计要求指标：光谱范围为400～2500nm；相对孔径为f/4(焦距90mm)；杂收光为小于0.1%；光栅为平面，刻线177；带宽优于7nm；光传输方式为光纤合。
根据应用要求，优先考患1700~2500nm光谱区域的性能，选择1700～2500nm区域为设计初始基础，选择的 InGaAs探测器像元个数256，像元大小50×50μm。则像面长度1等于256×50=12.8mm，此区域对应的线色敢
= 2 500=1 700 m 62.5 nm mm-l
12.8
作者简介：郑宝华，1963年生，吉林化工学院副教授，吉林大学仪器科学与电器工程学院博士生万方数据
e-mail; jl7789006@126, com
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