非连续光谱分光原理仪器波长测定仪的研制

　　非连续光谱分光原理仪器及现场分析方法的研究在近年得到快速发展，由于这类测量仪器具有速度快和可以现场测量的特点，已得到广泛应用。因此，笔者在日常的计量工作中，经常会遇到检测单位提出的对此类仪器测试的要求。 在以分光光度为原理的专用仪器中，波长准确度是仪器准确测定的前提。这类仪器在使用一定时间后，单色光的指标会出现不同程度的下降，直接导致测定结果的准确度降低。而由于此类仪器的波长不是连续可调的，国内目前没有能够检测此类仪器波长准确度的计量装置。本项研究工作研制出了用于测量非连续光谱分光原理仪器波长准确度的波长测定仪，其能够准确测量此类仪器的波长准确度，解决了以上存在的计量需求与计量能力之间的矛盾。

　　一、波长测定仪的整体设计

　　本项研究工作研制出的波长测定仪主要由光纤、光纤探头、 光栅和高性能二极管阵列检测器和专用软件系统组成。 研究中研制了有效的光纤探头，将被测仪器发出的单色光引入光纤，经过光栅的分光，信号由高性能二极管阵列检测器检测。 本研究中专门开发了软件系统，用软件系统来处理得到的系列光谱数据， 最终得到对单色光单色性能的评价，可测定单色光的峰值波长和半峰宽。

　　二、波长测定仪的技术要求

　　在以上设计方案的前提下，波长测定仪自身波长范围为(200~850)nm，波长准确度不大于0.5nm。

　　三、波长测定仪关键组件的研究

　　1.光栅及CCD检测器的选择

　　波长测定仪使用CCD作为检测器件，所以采用固定方式安装光栅，重要的工作是选择技术指标适合的高分辨率、高效率的光栅。 光栅选择主要考虑了如下几个方面：

　　(1)光谱范围

　　波长范围是选择光栅的首要考虑因素。 确定了波长测定仪所要检测的波长范围，就确定了光栅型号的初步范围。

　　(2)刻线密度

　　这个特性决定了波长测定仪的分辨率。 不同公司提供不同灵敏度特性的光栅型号，对于紫外可见波段的应用，既需要较宽的波长范围又需要高分辨率。 光栅的线对数越高，色散效应随波长变化就越显著，波长越长色散效应越大，因此，在本研究中需要经过大量实验来选择合适分辨率的光栅。它是决定波长测试仪分辨率的一个非常重要的参数。

　　(3)闪耀波长

　　这个指标决定了光栅效率的最高区域。根据波长测定仪的整体设计，在本项目中着重考虑前两项，闪耀波长作为参考指标。研究中通过大量实验，最终选定了符合要求的光栅。

　　CCD检测器是波长测定仪的另一个关键部件，每个像元对不同波长的信号产生响应，产生的电信号经过软件处理后得到完整的光谱。由于系统通过光纤及探头捕获的能量很小，所以需要选用低噪音CCD检测器。 通过对不同型号、不同技术指标的高性能二极管阵列检测器进行测试、 筛选， 最终将探测器选定为Toshiba TCD304AP3648像元线性CCD阵列。 为消除二级和三级衍射光对探测器像元的影响， 同时加装OFLV消除高阶衍射滤光片，使得信号更为平衡，达到了灵敏度高、响应速度快的使用效果。