光学薄膜检测技术-分光光度计的基本原理

光学薄膜检测技术-分光光度计的基本原理

       单色仪型的分光光度计的主要组成部分如图 3-1所示。光源发出要检测波段的光束，经过照明系统的光束整形后汇聚于单色仪的入射狭缝，经单色仪分光后由出射狭缝出射单色光，经过样品池后，为光电传感器接收，转化为电子信号后进入计算机处理。分光光度计的单色仪可以放在样品池之前，也可以放在样品池之后。

分光光度计各部分的组成与作用分别为光源提供测量波段中所要求的各种波长的光束。为了得到准确的测试数据，光源的强度应保持不变，所以都使用稳压电源供电。一般情况下，在可见光波段，光源采用钨丝灯或卤钨灯，在紫外光区采用氛灯，在红外光区则采用卤钨灯和硅碳棒灯。单色仪由色散元件、狭缝机构以及色散元件的扫描驱动几个部分组成。常用的色散元件是棱镜和光栅。

       早期的产品多用棱镜，目前主要采用光栅作为色散元件。光栅的优点是色散大，分辨率大，并且光谱均匀排布。新型的凹面光栅还使光路系统得以简化并且能量损失减小。单色仪利用狭缝将色散元件产生的空间分布不同波长的光分离开，狭缝具有一定的宽度，使得从单色仪出来的单色光总是包含很窄波长范围的光带。狭缝的照明是否均匀对测量的准确性影响极大。

随着薄膜器件性能的提高，特别是超窄带薄膜滤光片的应用日益广泛，分光光度系统中还往往采用双单色系统，以增加系统的波长分辨率并压制高级像差的噪声。这在目前高端分光光度仪系统中是十分常见的配置。

光电传感系统由光电探测器和处理电路组成。在紫外-可见光区域，光电接收器采用光电晶体管、光电倍增管或阵列光电传感器(增强型 CCD 线阵或面阵)，在红外光区域用硫化铅光敏电阻、红外半导体传感器或热电偶等。近年来随着传感器技术的发展，分光光度仪中开始使用阵列光电传感器。在使用阵列传感器传感时，将单色仪的出射狭缝去掉，在它的位置上安装阵列传感器。

分光光度计按光路设计不同可以分为单光路分光光度计和双光路分光光度计。图3-2为单光路分光光度计的系统框图。在单光路系统中，样品透射率需要进行两次测试，一次先测 100%透射光谱，另一次再测样品透射光谱，因此测试速度较慢，而且对光源的稳定性，以及系统的稳定性要求较高。

       图 3-3 为双光路分光光度计的光学结构原理框图。在这种系统中，光源发出的光被分成两束:一束光束经过放置样品的样品池，另一束光束为参考光束，经过与样品池一样的参比池。两束光束经过样品池之后再由光束选择调制器将两束光束分别射人光电传感器，这样光电传感器就可以交替探测到经过样品的探测光束的光强度与参考光束的光强度，然后将两个光束光强度信号进行相除，就可以得到样品的透射率。这样的分光系统可以降低光源稳定性对光谱测试准确度的影响，同样也可以具有较快的测试速度。表3-1为目前国际上常见双光路分光光度计的性能参数。