如何选择单色仪和摄谱仪

基于以下原则选择一台合适的仪器：

• 系统在满足光谱带宽要求的前提下能够实现尽可能大的入口狭缝宽度。
• 最大的色散值。
• 能够提供的最大光学元件。
• 能够提供的最长焦距。
• 满足光谱范围的最高刻线密度光栅。
• 光学元件和镀膜满足光谱范围要求。
• 入口光学元件优化光展量。
• 如果仪器工作在非扫描模式时测量单个波长，那么必须能够调整出口狭缝以匹配入口狭缝其像的大小。

注意：f /value并不是总能反映光输出参数。比如说，光信号从f /1的光源发出，投射到f /6单色仪的入口狭缝处，这样所有的像都包含在狭缝内。此时，光谱仪工作的光子收集参数对应f /1而不是单色仪的f /6。

首要标准：色散值、分辨率、带通

色散值是分散光线的能力。它给出了一个单色仪的可用带宽，或者配备了多通道阵列探测器（如CCD或InGaAs阵列）的摄谱仪的光谱范围。改变狭缝的宽度可以调整带宽。

光谱分辨率与单色仪线色散值成反比。分辨率要求比较关键的性能要求，对于分辨率要求比较高的情况（在可见光范围内分辨率优于0.1nm），大型单色仪是更好的选择，因为它们提供了更大的光谱色散值，从而具有更高的光谱分辨率。

如果比较注重一次采谱获得较大的光谱范围，那么小型光谱仪会更好。事实上，焦距低于0.3m的单色仪适合于对杂散光要求不高的应用。

对于不需要同时具备高分辨率和宽光谱范围的实验室研究人员，应该选择较大的摄谱仪。通过更换光栅（换成更高或更低的槽密度）或多次采谱，以获得需要的结果。

第二个标准：准确性、速度

单色仪的工作方式是逐步扫描光信号的光谱特征。因此，测量速度通常比带有多通道阵列探测器的摄谱仪慢，后者是固定光栅位置进行测量直接获取一段光谱。具有 0.5 m或更高焦长的仪器可提供更高的波长准确性（优于 0.1 nm）和重复性（优于 0.01 nm）。但速度会相应减慢：在单色仪模式下以高光谱分辨率扫描宽光谱范围可能需要几分钟时间。较小的设备通常使用直接驱动器或蜗杆驱动器，因为它们的分辨率参数比大型设备低，小型设备会在几秒钟内设置光栅位置。

第三个标准：光通量、成像质量

通常，小型单色仪和摄谱仪比大型单色仪和摄谱仪具有更高的光通量，因为小型设备具有更大的数值孔径（f 数）和更简单的设计（通常具有更少的光学组件）。

然而，数值孔径并不是光通量的最终考虑因素。线色散也很重要，因为它定义了特定光谱分辨率下的输入孔径大小。

为了比较用于成像应用的单色仪的能力，一个更有用的参数是光收集能力。通常为了保持光谱分辨率，小型仪器只能生成一个较小的图像。

生成更大的图像，尤其是在宽光谱范围内，需要进行空间校正，具有一定难度。

成像摄谱仪的商业化引进，一定程度上纠正了空间成像质量问题。这些仪器使用环形光栅或环形反射镜来校正像平面中的像散，提高图像质量，同时将数值孔径保持在与非成像设备相同的水平。这种校正需要​​复杂的计算。环形的选择、设备的光学入射角和波长优化体现了制造商的专业知识。

经过良好校正的、固定的、紧凑的光谱仪可以提供较高的图像质量。有些可以在 6 mm高的焦平面上分辨出三个或四个光谱通道。使用棱镜和透镜的轴向光谱仪也可提供在可见区域几百纳米范围内的高图像质量。

一些 30 cm或更大的成像光谱仪在尽量减少通道重叠的条件下可允许10个通道以上的分析。

第四个标准：杂散光、设计、焦长

杂散光主要与设备光学组件（反射镜和光栅）的质量有关。用户通常不会意识到杂散光或不适当的内部反射会产生较差的测量结果。

由于其狭缝/狭缝配置，单色仪的杂散光或折返光比没有出口狭缝的摄谱仪少。然而，当杂散光参数很重要时，长焦长的仪器或双级联单色仪是更好的选择。小型设备比大型设备存在更多的杂散光风险。

在光学设计方面，大多数大型单色仪/摄谱仪使用非对称式Czerny-Turner结构。较小的仪器倾向于使用非对称式 "V "形结构。

权衡利弊

没有一种设备可以涵盖所有光谱应用。然而，仔细分析过光谱要求和性能要求的用户可以在选择短焦长和长焦长单色仪和摄谱仪时权衡利弊。

如果您对分辨率要求不是太高并且需要分析短光谱范围，您可以使用价格较低的、紧凑型单色仪或摄谱仪。即使这些设备有杂散光，化学计量校准方法也可以在不影响结果的情况下对其进行校正。但是，如果您需要高分辨率、高准确度或多功能性，大型单色仪和摄谱仪通常是更好的选择。