发布日期：2025-09-09 09:15:10 你是否好奇，那些需要精确测量光线成分的设备，如何在远离光源或复杂环境中稳定工作？关键在于光纤光谱仪的核心能力：灵活采集光信号并保持无损传输至分析模块。本文将一步步揭示其背后的精妙原理。
光纤光谱仪区别于传统光谱设备的核心特征，在于其利用光纤作为光信号的“采集手”和“传输线”。光纤不仅能够延伸到被测点，实现非接触或原位检测，更能将采集到的光信号高效、低损耗地传输至位于安全或便利位置的光谱仪主机进行分析。这种物理位置的分离性是其广泛应用的关键优势。
光纤光谱仪采集光信号主要通过两类前端接口完成：
1.光纤探针：如同灵敏的“指尖”，探针前端通常包含精巧的光学透镜或反射结构（如漫反射探头、透射探头）。它可以直接接触或靠近样品，将样品发出的、反射的或透射的光高效收集耦合进光纤束中。适用于在线监测、显微分析等需要近距离采样的场景。
2.光纤适配器：如同标准的“连接器”，适配器提供标准化的光学接口（如SMA905、FC等），允许光谱仪轻松连接到现有的显微镜光口、比色皿固定架、积分球或其他光学装置的输出端口，接收其输出的光信号。这种方式确保了与实验室常规设备的兼容性。
采集到的光信号进入光纤束（单根或多根光纤组成）后，开始了向光谱仪主机的传输旅程。这个过程的核心物理原理是光的全反射：
1.光约束机制：光纤由高折射率的纤芯和低折射率的包层构成。当光以大于临界角的角度入射到纤芯-包层界面时，会发生全反射。
2.无损传输：全反射机制确保光被限制在纤芯内部，沿着光纤路径曲折前进，实现远距离传输（可达数十米甚至更长）而信号强度衰减极小。
3.保持本源：这种密闭传输方式有效避免了外部杂散光的干扰和环境因素（如震动、电磁场）的影响，最大程度地保持了原始光信号的时空和光谱特性完整性。
传输的光信号抵达光谱仪主机内的光学平台，进入核心处理阶段：
1.光栅
光信号首先照射到核心部件——光栅上。
光栅表面刻有密集的平行刻线，充当“光的分类器”，利用衍射原理将复合光按照波长（颜色）在空间上精确色散开来。
不同波长的光被反射到不同的出射角度，形成连续的光谱带。
2.探测器
色散开的空间光谱带投射到探测器（通常是线阵或面阵CCD、CMOS传感器）的感光面上。
光电转换：探测器的核心功能是将不同位置（对应不同波长）的光信号强度转换成相应强度的电信号。每个像元对应一个特定的窄波段。
数字化输出：这些电信号被读取、放大并数字化，最终形成我们看到的光谱图——横轴为波长，纵轴为对应光强度。
总结：核心流程回顾：从光到数据
光纤光谱仪的核心工作流程可概括为一个清晰的链条：
采集（探针/适配器） -> 无损传输（光纤） -> 色散分光（光栅） -> 光电转换与量化（探测器）
正是这一环扣一环的巧妙设计，使得光纤光谱仪能够在工业过程监控、实验室精密分析、环境遥感等众多领域发挥强大作用，将复杂的光信息转化为可解读的数据图谱。
