常規(guī)光譜儀器分光系統(tǒng)的比較

　革新常規(guī)光譜儀具有現(xiàn)實(shí)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值, 是推動(dòng)光譜儀器不斷發(fā)展的重要途徑。鑒于分光系統(tǒng)決定著常規(guī)光譜儀的基本性能, 是革新常規(guī)光譜儀的關(guān)鍵, 文章對常規(guī)光譜儀的分光系統(tǒng)進(jìn)行了比較, 以揭示各典型分光系統(tǒng)的特色和內(nèi)在衍化動(dòng)力。文章從決定要素及公式、典型數(shù)據(jù)三方面對各典型分光系統(tǒng)的基本特性指標(biāo):(光譜范圍、分辨率、色散率和光通量)進(jìn)行了逐一和綜合的橫向比較, 不但揭示出各分光系統(tǒng)的特色和互補(bǔ)性, 還表明分辨率與光通量的矛盾普遍存在于常規(guī)光譜儀中。以此為主線縱觀常規(guī)光譜儀的衍化歷史, 進(jìn)一步揭示出分辨率與光通量的矛盾運(yùn)動(dòng)貫穿始終, 是推動(dòng)其發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。這為理解常規(guī)光譜儀的發(fā)展提供了新的視角, 正確的認(rèn)識和把握分辨率與光通量的矛盾將有利于分析和解決光譜儀器面臨的核心問題, 加速新型光譜儀器的研制。

   光譜儀器歷經(jīng)百年發(fā)展, 已是一個(gè)龐大的家族?，F(xiàn)有的光譜儀器中, 相當(dāng)一部分從研究對象和儀器本身的設(shè)計(jì)制造原理上來講都已成熟, 被稱為常規(guī)光譜儀器, 如常用的各種色散光譜儀和傅里葉變換光譜儀;還有一部分正在發(fā)展的光譜學(xué)研究和光譜技術(shù)研究的裝置, 以及特殊應(yīng)用的光譜儀則稱為非常規(guī)的光譜儀器, 如一些激光光譜儀和調(diào)制光譜儀。光譜儀器的發(fā)展得益于常規(guī)光譜儀器和非常規(guī)光譜儀器發(fā)展兩個(gè)相輔相承的方面。一方面隨光譜學(xué)和光譜技術(shù)以及其他利用光譜學(xué)和光譜技術(shù)作為研究手段的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展, 出現(xiàn)嶄新的非常規(guī)的光譜儀器, 并在逐步成熟和普及后成為常規(guī)光譜儀器;另一方面常規(guī)的光譜儀器也隨相關(guān)技術(shù)進(jìn)步不斷升級換代, 面貌煥然一新, 并常常脫胎換骨, 催生出非常規(guī)的光譜儀器。可見, 研制非常規(guī)光譜儀器與革新常規(guī)光譜儀器二者同等重要, 不可偏廢。此外, 與非常規(guī)光譜儀器某些性能卓越, 但不成熟, 與處于科學(xué)研究狀態(tài)相比,常規(guī)光譜儀器如光柵光譜儀、傅里葉變換光譜儀等則應(yīng)用廣泛, 在光譜儀器中處主導(dǎo)地位, 幾乎占據(jù)著市場的全部份額。因此, 革新常規(guī)光譜儀還具有現(xiàn)實(shí)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。鑒于上述分析, 有必要對常規(guī)光譜儀器進(jìn)行對比研究, 以提供改進(jìn)依據(jù)。常規(guī)光譜儀器類型很多, 但它們的核心部分是分光系統(tǒng), 光譜儀器的基本特性中測量光譜范圍、色散率、分辨率和集光本領(lǐng)就直接取決于分光系統(tǒng), 其余特性也與分光系統(tǒng)密切相關(guān)。分光系統(tǒng)根據(jù)分光原理可劃分為色散式和調(diào)制式兩大類, 色散式的又可根據(jù)具體色散原理不同劃分為物質(zhì)色散、衍射色散、干涉色散三種, 調(diào)制式的目前僅有傅里葉變換光譜儀一種較為成熟。顯然, 根據(jù)分光系統(tǒng)進(jìn)行比較研究, 易于從宏觀上把握不同類別光譜儀器的特點(diǎn)。本文將簡述典型常規(guī)光譜儀分光系統(tǒng)的原理, 從光譜測量范圍、色散率、分辨率和光通量等方面對其進(jìn)行橫向比較, 進(jìn)而從克服分辨率與光通量矛盾的視角縱觀常規(guī)光譜儀衍化歷程, 闡述光譜儀發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力——— 分辨率與光通量的矛盾運(yùn)動(dòng)。

   這樣,光通量與分辨率的矛盾又以信噪比和象素尺寸的形式展開了?？梢? 分辨率與光通量的矛盾運(yùn)動(dòng)還主導(dǎo)了光譜儀的微小型化進(jìn)程。綜上所述, 分辨率和光通量的矛盾運(yùn)動(dòng)為理解光譜儀器的發(fā)展提供了新的視角, 正確的認(rèn)識和把握這對矛盾有利于分析和解決光譜儀器面臨的核心問題, 從而加速新型光譜儀器的研制。