什么是CCD探测器?

CCD探测器是一种硅基多通道阵列探测器,可以探测紫外、可见和近红外光。因为它是高感光度半导体器件,适合分析微弱的拉曼信号,再加之CCD探测器允许进行多通道操作(可以在一次采集中探测到整段光谱),所以很适合用来检测拉曼信号。CCD的应用很广泛,数码相机中CCD可以用作传感器,而在科学光谱仪中使用更高级别的CCD以获得更好的灵敏度、均一性和噪音特性。

CCD探测器一般是一维(线状)或二维(面状)的阵列,阵列由成千上万个独立的探测器元素组成(也称为像元)。每个元素受到光的作用产生电荷——光越强,作用时间越长,产生的电荷越多。最终,读出电子元件把电荷从像元中引出,从而每个电荷都被读出测量。

在普通的拉曼光谱仪中,拉曼散射首先通过衍射光栅色散,然后投射到CCD阵列的长轴上,第一个像元探测到光谱低波数起始信号,第二个像元探测到下一个光谱位置的信号,依此类推,最后一个像元将探测到光谱高波数终端信号(如图所示)。

CCD探测器需要冷却到较低温度以采集高质量光谱,冷却方式通常有两种,一种是半导体制冷,可达到的最低温度为-90 oC,另一种是液氮低温制冷,最低温度达到-196 oC。大多数拉曼光谱系统使用半导体制冷方式,但是对一些特殊应用,液氮冷却的探测器仍有其独特优势。

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