AvaSpec 光譜儀(yi) 可以安裝多種類型的探測器，目前在 200-1100nm 波長範圍內(nei) 我們(men) 提供矽基 CCD 、 CMOS 和光電二極管陣列。在下一個(ge) 章節 “ 靈敏度 ” 裏表 4 中將有一個(ge) 很完整的介紹。在 NIR （ 1000-2300nm ）範圍則使用 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(chu) 存著電荷，而當光子照射到其光敏麵時電荷就會(hui) 被釋放。在積分時間的結尾，剩餘(yu) 的電荷就會(hui) 傳(chuan) 送到緩衝(chong) 器中，然後這個(ge) 信號被傳(chuan) 送到 A/D 轉換卡。 CCD 探測器具有自然積分的特性因此具有非常大的動態範圍，它隻受暗（熱）電流和 AD 轉換卡數據處理速度的限製。 3648 象素 CCD 具有集成的電子快門功能，因此可以達到 10 微秒的積分時間。

• CCD 探測器的優(you) 點是象元數多（ 2048 或 3648 ）、靈敏度高、響應速度快。

• 主要缺點是信噪比低。

紫外增強鍍膜

　　對於(yu) 需要使用 AvaSpec-2048/3648 型光譜儀(yi) 並且波長小於(yu) 350nm 的應用，需要選擇一種特殊的紫外增強探測器鍍膜—— DUV 。未鍍膜的 CCD 探測器對波長小於(yu) 350nm 的光信號的響應很低，而 DUV 鍍膜增強了 CCD 探測器在 150-350nm 波長範圍的響應， DUV 鍍膜的弛豫時間很短（納秒量級），因此非常適合於(yu) 如激光誘導擊穿光譜（ LIBS ）等快觸發應用。

光電二極管陣列 (AvaSpec-102)

　　矽光電二極管陣列是一個(ge) 由多個(ge) 光電二極管單元（象素）組成的線性陣列，對於(yu) AvaSpec-102 型光譜儀(yi) 來說象元數是 102 。每個(ge) 象元都包括 一個(ge) P/N 結（正摻雜的 P 區和負摻雜的 N 區）。當信號光照射到光電二極管上時，電子就會(hui) 被激發並輸出電信號。大部分光電二極管陣列都包括讀出 / 積分放大器一體(ti) 式的集成化信號處理電路。

• 光電二極管的優(you) 點是在近紅外區靈敏度高，響應速度快；

• 缺點是象元數較少，在紫外波段沒有響應。

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(chuan) 感器具有較低的電荷 - 電壓轉換效率，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 的轉換增益高，而且內(nei) 部讀出電路中有箝位電路，可以把噪聲抑製到一個(ge) 很低的水平。

• CMOS 探測器的優(you) 點是信噪比高，紫外波段靈敏度高；

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

InGaAs 線陣 成像探測器 (AvaSpec-NIR256)

　　InGaAs 線性 成像探測器 在近紅外波長區域有著極高的靈敏度。探測器包括一個(ge) CMOS 晶體(ti) 管的電荷放大陣列，一個(ge) 移位寄存器和一個(ge) 時序產(chan) 生模塊。 Avantes 公司有 兩(liang) 種 InGaAs 探測器 供用戶選擇 ：

• 256 像素非致冷型 InGaAs 探測器 ， 可用於(yu) 1000-1700nm 波長 範圍。

• 256 像素 2 級致冷型擴展 InGaAs 探測器， 可用於(yu) 1000-2300nm 波長範圍。

圖 5 探測器光譜響應曲線

·　靈敏度

　　探測器象元在某一特定波長處的靈敏度定義(yi) 為(wei) 照射到該象元上的單位輻射能量（光子）所產(chan) 生的電信號強度。對於(yu) 一個(ge) 給定的 A/D 轉換卡來說可以理解為(wei) 每毫焦耳入射光能量所產(chan) 生的電子記數值。

　　入射到光譜儀(yi) 中的光能量與(yu) 照射到單個(ge) 探測器象元上的光能量之間的關(guan) 係主要取決(jue) 於(yu) 光譜儀(yi) 光學平台的結構設計，主要影響因素有光柵的效率、入射光纖或狹縫的尺寸、光學鏡片的性能、是否使用靈敏度增強透鏡等。對於(yu) 一個(ge) 給定配置的光譜儀(yi) 能夠測量六、七十倍的光輻射級次。

　　表 4 給出了一些標準探測器的參數。作為(wei) 可選項的靈敏度增強透鏡（ DCL ）可以直接安裝在探測器陣列上。這個(ge) 石英透鏡（如用於(yu) AvaSpec-2048/3648 的 DCL-UV ）可以把係統的靈敏度提高 3-5 倍（取決(jue) 於(yu) 所用的光纖芯徑）。

　　表 4 中的靈敏度是針對目前 AvaSpec 係列光譜儀(yi) 所使用的探測器，單位是每毫秒積分時間內(nei) 的電子記數值。

　　為(wei) 了對比不同探測器陣列，我們(men) 假設所有光譜儀(yi) 都采用 600 線 / 毫米的光柵，而且不加靈敏度增強透鏡 DCL 。光譜儀(yi) 都選用 8 微米芯徑的光纖，並連接到標準的 AvaLight-HAL 鹵素燈上。這相當於(yu) 1μWatt 的輸入光能量。

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

* DUV 鍍膜

** PNRU （ 光子響應非均勻性 ） = 當均勻照明時，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

1 ．雜散光

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

• 周圍環境光輻射；

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

• 不同衍射級次間的重疊。

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

　　當光譜儀(yi) 工作在探測極限時（微弱光探測），則來自於(yu) 光學平台、光柵、聚焦鏡的雜散光強度就決(jue) 定了光譜儀(yi) 的最終探測極限。大多數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(yi) 上，然後測量遠離激光波長處象元的光強。另一種方法是用鹵鎢燈作為(wei) 光源並配合長通或帶通濾光片進行測試。

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

2 ．二級衍射效應

　　對於(yu) 低線對數光柵（寬可測波長範圍）來說，往往會(hui) 發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場合可以忽略不計，但在某些場合下則必須考慮。解決(jue) 的方法就是把信號光限製在不可能出現級次重疊的光譜區。具體(ti) 的方法可以通過在光譜儀(yi) 入口的 SMA 接口處安裝一個(ge) 長通濾光片或在探測器前麵的保護窗鏡上鍍特殊膜層來實現。該保護窗所鍍的膜層通常是一個(ge) 長通濾光片（ 590nm ）或兩(liang) 個(ge) 長通濾光片（ 350nm 和 550nm ），取決(jue) 於(yu) 所選擇的光柵型號及其光譜範圍。#p#分頁標題#e#

　　表 5 中所示為(wei) 光譜儀(yi) 光學平台內(nei) 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(yu) NB 或 NC 型光柵搭配； OSF-515/550 與(yu) NB 型光柵搭配； OSF-590 與(yu) IB 型光柵搭配。

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

• UA ， 200-1100nm ， DUV400 ，隻在前 400 個(ge) 象素點上鍍膜；

• UB ， 200-700 nm, DUV800, 隻在前 800 個(ge) 象素點上鍍膜。

　　AvaSpec 光譜儀(yi) 有多種探測器，目前在 200-1100nm 波長範圍內(nei) 我們(men) 提供 CCD 、 CMOS 和光電二極管陣列。在下一個(ge) 章節 “ 靈敏度 ” 裏表 4 中將有一個(ge) 很詳細的介紹。在 NIR （ 1000-2300nm ）範圍則使用 InGaAs 陣列