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    平場光柵在直讀光譜儀中的應用優勢

    更新時間:2017-07-26 09:25:35 點擊數:1847

    平場光柵在直讀光譜儀中的應用優勢

      光柵是光譜儀的心臟,它的主要作用是分光。目前,市場上CCD直讀光譜儀用的光柵主要有兩種:一種是以斯派克MAXx為代表的羅蘭光柵,另一種是以東儀光電DF400為代表的平場光柵。下面對平場光柵相對羅蘭光柵在直讀光譜儀中的應用優勢做詳細對比說明。

      平場光柵,即平像場光柵,能使光譜線成像在一個平面上,而羅蘭光柵使光譜線成像在一個假想的羅蘭圓上。

      目前CCD儀器的探測器都是線陣CCD,呈硬長條形的,單片CCD感光面積總長度大約29mm,DF400使用的平場光柵正是根據CCD的這一特性研發的一種平像場光柵。平場光柵能使光譜線全部成像在CCD上,這樣能使系統成像譜線明銳、像差最小、單位CCD感光面積上接收的光通量最大,有利于降低系統的檢出限,減小CCD相對于PMT在低含量元素分析的差距。而采用羅蘭光柵,是用CCD的直線來近似羅蘭圓的一段圓弧,最多只有兩個點成像在CCD上,同時單片CCD越長、羅蘭圓半徑越小,近似的誤差越大,成像像差越大,對儀器性能影響越大。

      DF400采用的平場光柵是一種第四代像差校正光柵,而羅蘭光柵是第一代無像差校正光柵。

    DF400 CCD全譜直讀光譜儀

      線陣CCD探測器感光像元高度最大為200um,平場光柵經過像差校正,在滿足系統公差的前提下,使得光譜線像面高度大約2mm,最大限度的提高系統的集光效率。而羅蘭光柵是非像差校正光柵,是第一代凹面光柵,現在逐漸被淘汰。由于沒經過像差校正,系統像散非常大,光譜線像面高度達到10mm甚至更高,這對傳統的PMT探測器影響不大,但若用CCD則集光效率非常低,儀器檢出限很難做好。

      有的儀器CCD前加一個柱面反射鏡,感覺會有所改善,但是柱面反射鏡反射率會隨著波長減小而降低,特別在真空紫外波段(200nm以下)反射效率極速下降,影響C、P、S等元素分析;柱面反射鏡、CCD是朝向羅蘭圓中心,而光柵在羅蘭圓上,可以想象光線是從羅蘭圓上發出經過朝向羅蘭圓中心的柱面反射鏡反射,再聚焦到CCD上,光譜線衍射角越大,柱面反射鏡與CCD像元的偏移量越大,導致CCD像元利用率降低、相鄰兩塊CCD之間的光譜線盲區變大,可利用的譜線減少,分析靈活性變差;增加柱面反射鏡增加了系統的調試難度、不穩定性。


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