光栅光谱仪,是利用光栅色散原理,将包含多波长的复合光分解为不同波长单色光的精密光学仪器,核心由入射狭缝、准直透镜、色散元件(光栅)、聚焦透镜以及探测器等部件构成。
当前高端光栅光谱仪市场呈现国际巨头主导、国产厂商加速崛起的竞争格局:英国安道尔 ANDOR、荷兰 Spectral Industries、美国 Mcpherson 等海外企业依托深厚的技术积累、优异的产品性能以及成熟的品牌影响力,长期占据全球高端市场主导地位。国内方面,卓立汉光、长光格瑞、拓普仪器等光谱仪器企业,立足自主光学技术积淀,深耕科研光谱、材料分析、光电检测等垂直细分赛道,在光路设计、像差校正、模块化拓展、国产化配套等关键领域实现技术快速突破,各品牌在技术路线、焦距档位、精度等级与应用场景上形成清晰的差异化布局。
一、光栅光谱仪基础原理:分光检测的核心科研仪器
1. 什么是光栅光谱仪
光栅光谱仪(光栅单色仪)是以衍射光栅作为分光核心元件的精密光学仪器,基于光栅衍射方程,将入射复合光按照不同波长进行空间分离,获取光信号随波长的分布信息。区别于普通微型光纤光谱仪,科研级光栅光谱仪拥有更高分辨率、更低杂散光,支持灵活更换光栅、切换探测器,可完成扫描分光、多通道摄谱,是荧光、拉曼、吸收、反射、发光光谱实验的核心硬件。
按照光路架构主流分为 CzernyTurner 结构与影像校正(超环面 / 非球面镜)结构;普通 CT 结构存在像散,而影像校正型光谱仪可抑制像散,保障 CCD 焦平面全波段成像质量,适合多通道、空间分辨弱光探测实验。
2. 仪器工作流程
1.待测复合光通过入射狭缝进入仪器;
2.准直镜将光束变为平行光投射到衍射光栅;
3.光栅利用衍射效应把不同波长的光按角度分开;
4.聚焦镜将分光后的各波长光会聚到出射焦面;
5.可通过出射狭缝输出单色光(单色仪模式),或使用 CCD、PMT、InGaAs 等探测器采集完整光谱(光谱仪模式)。
关键性能指标解读
焦距:焦距越长,分辨率越高,仪器体积也随之增大(200/320/500/750mm 为主流档位)
光谱分辨率:分辨两条邻近谱线的能力,光栅刻线密度越高、焦距越长,分辨率越好
杂散光抑制:非目标波长的干扰信号,微弱荧光、拉曼实验对杂散光指标要求严苛
相对孔径 F/#:数值越小,通光量越高,更适合弱光信号检测
光栅塔台:多光栅塔台可快速切换不同刻线光栅,覆盖紫外可见近红外宽波段
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二、光栅光谱仪主流应用场景
科研级光栅光谱仪具备模块化、高灵活度特点,既可单机作为单色仪输出单色光源,也可以搭配光源、样品台、探测器搭建完整光谱测试系统,广泛应用多领域:
1.材料科学研究半导体发光、钙钛矿、量子点、薄膜反射透射光谱、光致发光 PL 测试、光致变色材料表征;搭配真空腔体完成极端条件光谱实验。
2.光谱学基础科研荧光光谱、拉曼光谱、原子分子光谱、发光动力学;双 / 三级联光谱仪用于极微弱信号、消除高级次衍射干扰。
3.光电与器件检测LED、激光器、光电探测器光谱标定;光学滤光片、镀膜元件光谱特性测试;真空镀膜在线膜厚监测北京卓立汉...。
4.环境、化工与大科学装置配套等离子体发射光谱检测、LIBS 激光诱导击穿光谱;同步辐射、大科学实验平台分光系统 OEM 集成。
5.高校教学实验氢氘光谱、钠原子光谱、光栅衍射实验,物理、光学、材料、环境专业教学平台搭建。
卓立汉光 Omniλ“影像谱王” 光栅光谱仪系列
Omniλ 系列是第五代高通光影像校正光栅光谱仪,分为普通 CT 版与 i 后缀影像校正版本,200/320/500/750mm 多焦距可选,兼顾单色仪、摄谱仪两种工作模式,可搭载 PMT、制冷 CCD、InGaAs 近红外探测器,快速搭建 PL、荧光、拉曼、透射反射光谱系统。
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