AvaSpec 光譜儀可以安裝多種類型的探測器，目前在 200-1100nm 波長范圍內(nèi)我們提供硅基 CCD 、 CMOS 和光電二極管陣列。在下一個(gè)章節(jié) “ 靈敏度 ” 里表 4 中將有一個(gè)很完整的介紹。在 NIR （ 1000-2300nm ）范圍則使用 InGaAs 陣列探測器。

CCD 探測器（ AvaSpec-2048/3648 ）

　　電荷耦合器件 CCD 探測器中儲存著電荷，而當(dāng)光子照射到其光敏面時(shí)電荷就會被釋放。在積分時(shí)間的結(jié)尾，剩余的電荷就會傳送到緩沖器中，然后這個(gè)信號被傳送到 A/D 轉(zhuǎn)換卡。 CCD 探測器具有自然積分的特性因此具有非常大的動(dòng)態(tài)范圍，它只受暗（熱）電流和 AD 轉(zhuǎn)換卡數(shù)據(jù)處理速度的限制。 3648 象素 CCD 具有集成的電子快門功能，因此可以達(dá)到 10 微秒的積分時(shí)間。

• CCD 探測器的優(yōu)點(diǎn)是象元數(shù)多（ 2048 或 3648 ）、靈敏度高、響應(yīng)速度快。

• 主要缺點(diǎn)是信噪比低。

紫外增強(qiáng)鍍膜

　　對于需要使用 AvaSpec-2048/3648 型光譜儀并且波長小于 350nm 的應(yīng)用，需要選擇一種特殊的紫外增強(qiáng)探測器鍍膜—— DUV 。未鍍膜的 CCD 探測器對波長小于 350nm 的光信號的響應(yīng)很低，而 DUV 鍍膜增強(qiáng)了 CCD 探測器在 150-350nm 波長范圍的響應(yīng)， DUV 鍍膜的弛豫時(shí)間很短（納秒量級），因此非常適合于如激光誘導(dǎo)擊穿光譜（ LIBS ）等快觸發(fā)應(yīng)用。

光電二極管陣列 (AvaSpec-102)

　　硅光電二極管陣列是一個(gè)由多個(gè)光電二極管單元（象素）組成的線性陣列，對于 AvaSpec-102 型光譜儀來說象元數(shù)是 102 。每個(gè)象元都包括 一個(gè) P/N 結(jié)（正摻雜的 P 區(qū)和負(fù)摻雜的 N 區(qū)）。當(dāng)信號光照射到光電二極管上時(shí)，電子就會被激發(fā)并輸出電信號。大部分光電二極管陣列都包括讀出 / 積分放大器一體式的集成化信號處理電路。

• 光電二極管的優(yōu)點(diǎn)是在近紅外區(qū)靈敏度高，響應(yīng)速度快；

• 缺點(diǎn)是象元數(shù)較少，在紫外波段沒有響應(yīng)。

CMOS 線性成像探測器 (AvaSpec-256/1024)

　　所謂的 CMOS 線性成象探測器比 CCD 陣列傳感器具有較低的電荷 - 電壓轉(zhuǎn)換效率，因此具有較低的光靈敏度，但是卻具有較高的信噪比。 CMOS 比 NMOS 的轉(zhuǎn)換增益高，而且內(nèi)部讀出電路中有箝位電路，可以把噪聲抑制到一個(gè)很低的水平。

• CMOS 探測器的優(yōu)點(diǎn)是信噪比高，紫外波段靈敏度高；

• 缺點(diǎn)是讀出速率低、靈敏度低、成本相對較高（ 1024 個(gè)象元）。

InGaAs 線陣 成像探測器 (AvaSpec-NIR256)

　　InGaAs 線性 成像探測器 在近紅外波長區(qū)域有著極高的靈敏度。探測器包括一個(gè) CMOS 晶體管的電荷放大陣列，一個(gè)移位寄存器和一個(gè)時(shí)序產(chǎn)生模塊。 Avantes 公司有 兩種 InGaAs 探測器 供用戶選擇 ：

• 256 像素非致冷型 InGaAs 探測器 ， 可用于 1000-1700nm 波長 范圍。

• 256 像素 2 級致冷型擴(kuò)展 InGaAs 探測器， 可用于 1000-2300nm 波長范圍。

圖 5 探測器光譜響應(yīng)曲線

·　靈敏度

　　探測器象元在某一特定波長處的靈敏度定義為照射到該象元上的單位輻射能量（光子）所產(chǎn)生的電信號強(qiáng)度。對于一個(gè)給定的 A/D 轉(zhuǎn)換卡來說可以理解為每毫焦耳入射光能量所產(chǎn)生的電子記數(shù)值。

　　入射到光譜儀中的光能量與照射到單個(gè)探測器象元上的光能量之間的關(guān)系主要取決于光譜儀光學(xué)平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要影響因素有光柵的效率、入射光纖或狹縫的尺寸、光學(xué)鏡片的性能、是否使用靈敏度增強(qiáng)透鏡等。對于一個(gè)給定配置的光譜儀能夠測量六、七十倍的光輻射級次。

　　表 4 給出了一些標(biāo)準(zhǔn)探測器的參數(shù)。作為可選項(xiàng)的靈敏度增強(qiáng)透鏡（ DCL ）可以直接安裝在探測器陣列上。這個(gè)石英透鏡（如用于 AvaSpec-2048/3648 的 DCL-UV ）可以把系統(tǒng)的靈敏度提高 3-5 倍（取決于所用的光纖芯徑）。

　　表 4 中的靈敏度是針對目前 AvaSpec 系列光譜儀所使用的探測器，單位是每毫秒積分時(shí)間內(nèi)的電子記數(shù)值。

　　為了對比不同探測器陣列，我們假設(shè)所有光譜儀都采用 600 線 / 毫米的光柵，而且不加靈敏度增強(qiáng)透鏡 DCL 。光譜儀都選用 8 微米芯徑的光纖，并連接到標(biāo)準(zhǔn)的 AvaLight-HAL 鹵素?zé)羯?。這相當(dāng)于 1μWatt 的輸入光能量。

　　近紅外（ NIR ）探測器的參數(shù)可以在 AvaSpec-NIR256 產(chǎn)品信息中的技術(shù)參數(shù)中找到。

* DUV 鍍膜

** PNRU （ 光子響應(yīng)非均勻性 ） = 當(dāng)均勻照明時(shí)，象元輸出最大偏差除以信號平均值。

·　雜散光和二級衍射效應(yīng)

1 ．雜散光

　　雜散光是錯(cuò)誤波長（非對應(yīng)信號光波長）的光輻射照射在探測器象元上所產(chǎn)生的信號，雜散光的來源是：

• 周圍環(huán)境光輻射；

• 光學(xué)元件缺陷所產(chǎn)生的散射光或非光學(xué)元件產(chǎn)生的反射光；

• 不同衍射級次間的重疊。

　　把光譜儀安裝在光密封的外殼內(nèi)可以有效地消除周圍環(huán)境帶來的雜散光。

　　當(dāng)光譜儀工作在探測極限時(shí)（微弱光探測），則來自于光學(xué)平臺、光柵、聚焦鏡的雜散光強(qiáng)度就決定了光譜儀的最終探測極限。大多數(shù)光柵都是全息型光柵，雜散光很低。雜散光的測試方法是用激光束照射到光譜儀上，然后測量遠(yuǎn)離激光波長處象元的光強(qiáng)。另一種方法是用鹵鎢燈作為光源并配合長通或帶通濾光片進(jìn)行測試。

　　AvaSpec 光譜儀典型的雜散光參數(shù)是 <0.05%@600nm; <0.1%@435nm; <0.1%@250nm 。

2 ．二級衍射效應(yīng)

　　對于低線對數(shù)光柵（寬可測波長范圍）來說，往往會發(fā)生光柵的二級衍射光之間的重疊。這些高級次衍射光在大多數(shù)場合可以忽略不計(jì)，但在某些場合下則必須考慮。解決的方法就是把信號光限制在不可能出現(xiàn)級次重疊的光譜區(qū)。具體的方法可以通過在光譜儀入口的 SMA 接口處安裝一個(gè)長通濾光片或在探測器前面的保護(hù)窗鏡上鍍特殊膜層來實(shí)現(xiàn)。該保護(hù)窗所鍍的膜層通常是一個(gè)長通濾光片（ 590nm ）或兩個(gè)長通濾光片（ 350nm 和 550nm ），取決于所選擇的光柵型號及其光譜范圍。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　表 5 中所示為光譜儀光學(xué)平臺內(nèi)可以加裝的各種濾光片。通常推薦使用如下長通濾光片： OSF-475 與 NB 或 NC 型光柵搭配； OSF-515/550 與 NB 型光柵搭配； OSF-590 與 IB 型光柵搭配。

　　此外，除了消二級衍射效應(yīng)我們還在 Sony 2048 和 Toshiba3648 探測器上進(jìn)行了部分深紫外（ DUV ）鍍膜，目的是消除來自紫外區(qū)的二級衍射效應(yīng)，并在可見區(qū)提高靈敏度和降低噪聲。這種部分深紫外鍍膜對于下列型號的光柵是自動(dòng)配置的：

• UA ， 200-1100nm ， DUV400 ，只在前 400 個(gè)象素點(diǎn)上鍍膜；

• UB ， 200-700 nm, DUV800, 只在前 800 個(gè)象素點(diǎn)上鍍膜。

　　AvaSpec 光譜儀有多種探測器，目前在 200-1100nm 波長范圍內(nèi)我們提供 CCD 、 CMOS 和光電二極管陣列。在下一個(gè)章節(jié) “ 靈敏度 ” 里表 4 中將有一個(gè)很詳細(xì)的介紹。在 NIR （ 1000-2300nm ）范圍則使用 InGaAs 陣列