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光纤光谱仪为什么叫“成像”?

发布日期:2026-11-12 09:41:56

光谱仪里本来就包含成像系统

拆开任何一台带狭缝的光栅光谱仪,光路都是这个流程:光纤把光送到入射狭缝,准直镜把发散光变成平行光,光栅按波长把它分开,聚焦镜再把光收拢到探测器焦面上。前面准直、后面聚焦,这两片镜子加光栅,本质上就是一个成像系统;它把狭缝(准确说是光纤端面)成一个实像,落在探测器上。只不过这个像被光栅沿波长方向拉长了,于是焦面上一条“彩色狭缝像”,读出来就是一条光谱。

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左:交叉型C-T光路结构图;右:SR50C测试汞氩灯光谱图

所以从光学原理上说,没有哪台光栅光谱仪不在成像。区别在于像的质量。像散、彗差、场曲这些像差会让狭缝像在探测器上糊开、弯曲,直接造成分辨率下降、信噪比降低。光路设计得好不好,关键就看狭缝像是否清晰、畸变是否小。

大像面探测器的真正用途

鉴知技术的 ST100S,英文名就叫 Transmission Imaging Spectrometer。名字里的底气来自三点:一是用 VPH 体相位全息透射光栅配零像差成像光路,并在设计上达到衍射极限,25 μm 狭缝下 785 nm 激发能到 3 cm⁻¹;二是用科研级深制冷面阵 CCD,大多是 2048×256 这种规格;三是它确实用上了高度方向——联合 Φ10 mm 多芯光纤可以同时跑 6 个通道,或者为共聚焦显微拉曼提供空间分辨。

说明一下,“透射”指的是透射光栅,和“成像”是两个独立属性。

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左:鉴知技术ST100S-785;右:ST100S测试效果图

ST100S 在绝大多数拉曼检测场景里是单通道在用。一根普通光纤进来,光纤端面照亮的是这一列的中间几行;多出来的行记录的主要是背景。多通道是产品具备的能力,并不等于它的默认用法。鉴知这一系列最高可接 Φ10 mm 多芯光纤,最多同时跑 6 个通道,每个纤芯在狭缝上占一段高度,252 行大致分成 6 段,每段对一条谱。这在需要多点并行探测的场合是实实在在的便利:一个探头测六个样品位、六根探头布在同一反应器的不同位置、共聚焦显微拉曼里做空间取样。但它属于配置层面的选择,需要对接多芯光纤才用得上。

命名含义

ST100S 只要接单根光纤,那 256 行里大部分是白留的,实际上只用到一行附近的十几、二十行,成像的潜力被闲置。这也是为什么很多用户觉得它“就是一台很好用、很灵敏的高分辨拉曼光谱仪”,成像与否在日常使用中感受不到。多芯光纤接上去的那一天,那些空着的行才开始工作。

所以成像这个词,说到底是能力的上限,并非默认的状态。用户买回去单通道使用,是在享受上限之内的像质和通量。两者不矛盾,但也确实容易让人误会。SR50C 那样的通用机型,从设计上就没打算留这条上限,叫“成像”不算错,只是没那个必要