光谱仪的性能主要是由光谱范围光学分辨率和灵敏度来决定
光谱仪的性能主要是由光谱范围、
光学分辨率和灵敏度来决定。 对以上其中一项参数的变动通常
将影响其它的参数的性能。 分辨率
光谱仪主要的挑战不是在制造时使所有的参数指标达到最高，
而是使光谱仪的技术指标在这个三 维空间选择上满足针对不同应用的性能需求。 这一策略使光谱仪能够满足客户以最小的投资获取
最大的回报。这个立方体的大小取决于光谱仪所需要达到的技术指标，
其大小与光谱仪的复杂程 度以及光谱仪产品的价格相关。光谱仪产品应该完全符合客户所要求的技术参数。 m ? u ? t 众 多类型的光谱仪产品中可以找到适用于各种应用领域的设备而不再需要设计高价格的款型。
光谱范围
光谱范围较小的光谱仪通常能给出详细的光谱信息，
相反大范围光谱范围有更宽的视觉范围。 因 此光谱仪的光谱范围是必须明确指定重要的参数之一。
影响光谱范围的因素主要是光栅和探测器，根据不同的要求来选择相应的光栅和探测器。
分辨率
光学分辨率是衡量分光能力的重要参数。它取决于在被热敏元件探测时单色光的带宽。三个部件对分辨率有影响：入射狭缝，光栅和探测器像素尺寸。细小的狭缝可以得到更好的分辨率，但降低了灵敏度；高刻划线的光栅增加了分辨率，但降低了光谱范围；较小的探测器像素尺寸增加了
分辨率，但降低了灵敏度。
由上可见，选择光谱仪的三个重要指标之间具有非常密切的联系。是什么，根据上述的原则进行狭缝、光栅和探测器的选择。通常我们要了解我们最需要的
光谱仪的性能指标
光谱学测量的基础是测量光辐射与波长的对应关系。一般来说，光谱学测量的直接结果是由很多个离散的点构成曲线，每个点的横坐标（X轴）是波长，纵坐标（Y轴）是在这个波长处的强度。因此，一个光谱仪的性能，可以粗略地分为下面几个大类： 1. 波长范围（在X轴上的可以测量的范围）； 2. 波长分辨率（在X轴上可以分辨到什么程度的信号变化）； 3. 噪声等效功率和动态范围（在Y轴上可以测量的范围）； 4. 灵敏度与信噪比（在Y轴上可以分辨到什么程度的信号变化）； 5. 杂散光与稳定性（信号的测量是否可靠？是否可重现）； 6. 采样速度和时序精度（一秒钟可以采集多少个完整的光谱？采集光谱的时刻是否精确？）1. 波长范围 波长范围是光谱仪所能测量的波长区间。最常见的光纤光谱仪的波长范围是400nm-1100nm，也就是可以探测可见光和一部分近红外的光。使用新型探测器可以使这个范围拓展至 200nm-2500nm，即覆盖紫外、可见和近红外波段。光栅的类型以及探测器的类型会影响波长范围。一般来说，宽的波长范围意味着低的波长分辨率，所以用户需要在波长范围和波长分辨率两个参数间做权衡。如果同时需要宽的波长范围和高的波长分辨率，则需要组合使用多个光谱仪通道（多通道光谱仪）。 2. 波长分辨率 顾名思义，波长分辨率描述了光谱仪能够分辨波长的能力，最常用的光谱仪的波长分辨率大约为1nm，即可以区分间隔1nm的两条谱线。Avantes公司可以提供的最高的波长分辨率为 0.025nm。波长分辨率与波长的取样间隔（数据的x坐标的间隔）是两个不同概念。一般来说，高的波长分辨率意味着窄额度波长范围，所以用户需要在波长范围和波长分辨率两个参数间做权衡。如果同时需要宽的波长范围和高的波长分辨率，则需要组合使用多个光谱仪通道（多通道光谱仪）。 3. 噪声等效功率和动态范围 当信号的值与噪声的值相当时，从噪声中分辨信号就会非常困难。一般用与噪声相当的信号的值（光谱辐照度或光谱辐亮度）来表征能一个光谱仪所能够测量的最弱的光强(Y轴的最小值)。噪声等效功率越小，光谱仪就可以测量更弱的信号。狭缝的宽度、光栅的类型、探测器的类型等等参数都会影响噪声等效功率。因为这些参数也会影响波长范围和波长分辨率，用户需要在这些指标间做出取舍。对探测器制冷（Avantes公司的制冷型光谱仪）有助于减小探测器的热噪音，优化探测器检测弱光的能力。 动态范围描述一个光谱仪所能够测量到的最强的信号与最弱的信号的比值。最强的信号为光谱仪在信号不饱和情况下，所能测量的最大信号值，最弱的信号用上述的噪声等效功率衡量。动态范围主要受制于探测器的类型。传统上，动态范围是影响测量方便性的一个很关键的指标，但目前大部分光纤光谱仪都可以通过调整积分时间的方式等效地扩大动态范围，因此，动态范围一般不会对用户的测量带来困扰。 4. 灵敏度与信噪比 灵敏度描述了光谱仪把光信号变成电子学信号的能力，高的灵敏度有助于减小电路本身的噪声对结果影响。狭缝的宽度、光栅的类型、探测器的类型以及电路的参数都会影响灵敏度。衍射效率高的光栅和量子效率高的探测器都有利于提高光谱仪的灵敏度。人为地调高前置放大电路的放大倍数也会提高名义上的灵敏度，但并不一定有助于实际的测量。宽的狭缝会改善灵敏度，但也会降低分辨率，因此，需要用户综合考虑和权衡。
陈家璧版光学信息技术原理及应用习题解答(7-8章)
陈家璧版光学信息技术原理及应用习题解答(7-8章) -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
第七章 习题解答 1. 某种光盘的记录范围为内径80mm,外径180mm 的环形区域,记录轨道的间距为2um.假设各轨道记录位的线密度均相同记录微斑的尺寸为um,试估算其单面记录容量. (注: 内、外径均指直径) 解： 记录轨道数为 25000002.0280180=?-=N 单面记录容量按位计算为 ∑=?≈?+=N n n M 110107.10006.0)002.040(2π bits = 17 Gb. 按字节数计算的存储容量为 2.1GB. 2. 证明布拉格条件式（7-1）等效于（7-17）式中位相失配= 0的情形， 因而（7-18）式描述了体光栅读出不满足布拉格条件时的位相失配。 证明: 将体光栅读出满足布拉格条件时的照明光波长(介质内) 和入射角 (照明光束与峰值条纹面间夹角)分别记为0和θ0, 则根据布拉格条件式（7-1）有: 2sin θ0= 0 其中为峰值条纹面间距. 对于任意波长λa (空气中) 和入射角θr (介质内), 由(7-17)式, 位相失配 δ 定义为: 24)cos(n K K a r πλθφδ--= 其中n 0为介质的平均折射率, K = 2π/Λ为光栅矢量K 的大小，φ为光栅矢量倾斜角，其值为 22π θθφ++=s r ，θr 为再现光束与系统光轴夹角 (参见图7-9)． 当 δ = 0 时,有 2422cos n K K a r s r πλθπθθ=??? ??-++ 即: Λ=Λ=??? ??-2422sin 0 λππλθθn s r
光谱仪基础知识
第1章衍射光栅：刻划型和全息型 衍射光栅由下列两种方法制成：一种是用带钻石刀头的刻划机刻出沟槽的经典方法，另一种是用两束激光形成干涉条纹的全息方法。(更多信息详见Diffraction Gratings Ruled & Holographic Handbook). 经典刻划方法制成的光栅可以是平面的或者是凹面的，每道沟槽互相平行。全息光栅的沟槽可以是均匀平行的或者为优化性能而特别设计的不均匀分布。全息光栅可在平面、球面、超环面以及很多其他类型表面生成。 本书提到的规律、方法等对各类不同表面形状的经典刻划光栅和全息光栅均适用，如需区分，本书会特别给出解释。 1.1 基础公式 在介绍基础公式前，有必要简要说明单色光和连续谱。 提示：单色光其光谱宽度无限窄。常见良好的单色光源包括单模激光器和超低压低温光谱校正灯。这些即为大家所熟知的“线光源”或者“离散线光源”。 提示：连续谱光谱宽度有限，如“白光”。理论上连续谱应包括所有的波长，但是实际中它往往是全光谱的一段。有时候一段连续谱可能仅仅是几条线宽为1nm的谱线组成的线状谱。 本书中的公式适用于空气中的情况，即m0=1。因此，l=l0=空气中的波长。 定义单位 α - (alpha) 入射角度 β - (beta) 衍射角度 k - 衍射阶数整数
定义单位 n - 刻线密度刻线数每毫米 D V - 分离角度 μ - 折射率无单位 λ - 真空波长纳米 λ0 - 折射率为μ0介质中的波长 其中λ 0 = λ/μ 1 nm = 10-6 mm; 1 mm = 10-3 mm; 1 A = 10-7 mm 最基础的光栅方程如下： (1-1) 在大多数单色仪中，入口狭缝和出口狭缝位置固定，光栅绕其中心旋转。因此，分离角D V成为常数，由下式决定， (1-2) 对于一个给定的波长l，如需求得a和b，光栅方程(1-1)可改写为： (1-3) 假定D V值已知，则a和b可通过式(1-2)、(1-3)求出，参看图1.1、1.2和第2.6节。
傅立叶变换红外光谱仪技术指标
傅立叶变换红外光谱仪技术指标 1.基本配置性能参数 光谱范围：7800-350cm-1 标准分辨率：优于0.8cm-1 波数精度优于0.01cm-1 灵敏度：噪音峰值小于1×10-5Abs，（即峰-峰信噪比优于40000:1；测试条件：双密封窗片、4cm-1光谱分辨率、1分钟扫描） 2干涉仪：动态调整干涉仪，同时保证长期检测的高稳定性和准确性，无光谱偏离和失真。 3. 红外光源：热稳定、高能量、长寿命红外光源,精确定位的无线接插式光源 4. 检测器: 仪器可自动识别、自动参数设置，采用24位200KHz高速A/D转换器, 保证高精度、高速数据采集。 5. 精度通讯接口：采用USB2.0速度快、适配性广的计算机与仪器通讯接口，高速数据采集 6. 智能透射测样装置：采用不同固体、液体和气体测样附件而无需位置调整，仪器能自动识别、设置和适配性诊断等智能化操作。 7. 应用功能：适配各种透射、反射应用附件及智能检测附件，仪器能自动进行附件类型识别,参数设定,性能检查及提示。 8. 红外软件操作界面可按操作者需求进行中英文等多语言切换，与Windows 7 、Windows XP、Vista兼容。
1）包括数据采集、数据处理、谱库检索等功能外，具有采集光谱质量检查、自动实验设置以及遵循ASTM 标准和相关方法进行各项性能验证； 2）具备样品质量及组分含量比对鉴别功能，高精度鉴别功能，鉴别不同晶型、含量的物质，同属不同种等样品状态。 3）高级ATR校正软件，可精确校正不同ATR采集对光谱的峰强、位移以及非极化的影响，使得ATR谱图与透过谱图高达97%的最佳匹配，实现谱图高准确度检索和鉴别。 4)多组分混合物鉴别软件，提供先进的自动光谱分离解谱功能、可对混合物和污染物样品红外光谱进行采集自动搜索分离鉴别、给出混合物不同物质相对含量的信息，支持不同红外光谱格式和拉曼光谱分析，可联网检索光谱化学结构，提供全程多媒体教学。 5）提供不少于一万张高分辨凝聚相红外光谱图（不低于4cm-1） 9. 红外附件： 1）智能型透射测样附件： 适配各种固、液、气测样装置，仪器能自动识别、设置和适配性诊断等智能化操作。 2) 国产压片机一套：包括压机、模具、样品勺、磁性样品架、玛瑙研磨、溴化钾碎晶等 3) 液体池一套:包含液体池架和KBr窗片 10.电脑打印机（赠送） 电脑：不低于戴尔Inspiron One 灵越 2320（I2320D-268） CPU：Intel 酷睿i3 2120M，双核心四线程/ 内存：4GB/ 硬盘：1TB/ 显卡：独立显卡/光驱：DVD刻录机。 打印机：不低于惠普（HP）LaserJet Pro MFP M175nw彩色激光一体机
光学原理及应用
光学的基本原理及应用 人类很早就开始了对光的观察研究，逐渐积累了丰富的知识。远在2400多年前，我国的墨翟(公元前468—前376)及其弟子们所著的《墨经》一书，就记载了光的直线传播、影的形成、光的反射、平面镜和球面镜成像等现象，可以说是世界上最早的光学著作。 现在，光学已成为物理学的一个重要分支，并在实际中有广泛应用．光学既是物理学中一门古老的基础学科，又是现代科学领域中最活跃的前沿科学之一，具有强大的生命力和不可估量的发展前景。 按研究目的的不同，光学知识可以粗略地分为两大类．一类利用光线的概念研究光的传播规律，但不研究光的本质属性，这类光学称为几何光学；另一类主要研究光的本性(包括光的波动性和粒子性)以及光和物质的相互作用规律，通常称为物理光学。 一、光学现象原理 光的传播速度很快，地球上的光源发出的光，到达我们眼睛所用的时间很短，根本无法觉察，所以历史上很长一段时间里，大家都认为光的传播是不需要时间的．直到17世纪，人们才认识到光是以有限的速度传播的。 光速是物理学中一个非常重要的基本常量，科学家们一直努力更精确地测定光速．目前认为真空中光速的最可靠的值为
c＝299 792 458 m/s 在通常的计算中可取 c＝3.00×108m/s 玻璃、水、空气等各种物质中的光速都比真空中的光速小． （一）直线传播 光能够在空气、水、玻璃透明物质中传播，这些物质叫做介质．在小学自然和初中物理中我们已经学过，光在一种均匀介质中是沿直线传播的．自然界的许多现象，如影、日食、月食、小孔成像等，都是光沿直线传播产生的． 由于光沿直线传播，因此可以沿光的传播方向作直线，并在直线上标出箭头，表示光的传播方向，这样的直线叫做光线。物理学中常常用光线表示光的传播方向。有的光源，例如白炽灯泡，它发出的光是向四面八方传播的；但是有的光源，例如激光器，它产生的光束可以射得很远，宽度却没有明显的增加．在每束激光中都可以作出许多条光线，这些光线互相平行，所以叫做平行光线．做简单实验的时候，太线也可以看做平行光线．
几何光学的基本原理
第三章几何光学 本章重点： 1、光线、光束、实像、虚像等概念； 2、Fermat原理 3、薄透镜的物像公式和任意光线的作图成像法； 4、几何光学的符号法则（新笛卡儿法则）； 本章难点： 5、理想光具组基点、基面的物理意义； §3.1 几何光学的原理 几何光学的三个实验定律： 1、光的直线传播定律——在均匀的介质中，光沿直线传播； 2、光的独立传播定律——光在传播过程中与其他光束相遇时，不改变传播方 向，各光束互不受影响，各自独立传播。 3、光的反射定律和折射定律 当光由一介质进入另一介质时，光线在两个介质的分界面上被分为反射光线和折射光线。 反射定律：入射光线、反射光线和法线在同一平面内，这个平面叫做入射面，入射光线和反射光线分居法线两侧，入射角等于反射角 光的折射定律：入射光线、法线和折射光线同在入射面内，入射光线和折射光线分居法线两侧，介质折射率不仅与介质种类有关,而且与光波长有关。 §3.2 费马原理 一、费马原理的描述：光在指定的两点间传播，实际的光程总是一个极值（最大值、最小值或恒定值）。 二、表达式 ,(A,B是二固定点) Fermat原理是光线光学的基本原理，光纤光学中的三个重要定律——直线传播定律，反射定律和折射定律（）——都能从Fermat原理导出。 §3.3 光在平面界面上的反射和折射、光学纤维 一、基本概念：单心光束、实像、虚像、实物、虚物等 二、光在平面上的反射 根据反射定律，可推导出平面镜是一个最简单的、不改变光束单心性的、能成完善像的光学系统． 三、单心光束的破坏（折射中，给出推导） 四、全反射 1、临界角
2、全反射的应用 全反射的应用很广，近年来发展很快的光学纤维，就是利用全反射规律而使光线沿着弯曲路程传播的光学元件。 2、应用的举例（棱镜） §3.4 光在球面上的反射和折射 一、基本概念 二、符号法则（新笛卡儿符号法则） 在计算任一条光线的线段长度和角度时，我们对符号作如下规定： 1、光线和主轴交点的位置都从顶点算起，凡在顶点右方者，其间距离的数值为正，凡在顶点左方者，其间距离的数值为负。物点或像点至主抽的距离，在主轴上方为正，在下方为负。 2、光线方向的倾斜角度部从主铀(或球面法线)算起，并取小于π／2的角度。由主轴(或球面法线)转向有关光线时，若沿顺时针方向转，则该角度的数值为正；若沿逆时针方向转动时，则该角度的数值为负。 3、在图中出现的长度和角度只用正值。 三、球面反射对光束单心性的破坏 四、近轴光线条件下球面反射的物像公式 五、近轴光线条件下球面折射的物像公式（高斯公式） 六、高斯物像公式 七、牛顿物像公式（注意各量的物理意义） 八、例题一个折射率为1.6的玻璃哑铃，长20cm，两端的曲率半径为2cm。若在哑铃左端5cm处的轴上有一物点，试求像的位置和性质。 §3.5 薄透镜 一、基本概念： 凸透镜、凹透镜、主轴、主截面、孔径、厚透镜、薄透镜、物方焦平面、像方焦平面等 二、近轴条件下薄透镜的成像公式 如果利用物方焦距和像方焦距
近红外光谱仪主要性能指标及研究进展
综 述 近红外光谱仪主要性能指标及研究进展 张 琳1 周金池2 (11北京林业大学林学院森林保护系,北京,100083;21北京林业大学分析测试实验中心,北京,100083) 摘 要 介绍了近红外光谱仪的主要性能指标;对国内外在仪器硬件、测样附件、软件开发及新型仪器研制等方面的进展作了评述。总结了我国近红外光谱仪发展的成就与不足。讨论了近红外光谱仪的发展趋势,特别是我国近红外光谱仪发展中的关键问题。 关键词 近红外光谱仪 性能指标 国内外进展 资助项目:北京林业大学/211工程0三期研究生创新人才培养建设计划子项目。 作者简介:张琳,女,北京林业大学森林保护系在读硕士生。E -mail:Zhanglin20051986@https://www.360docs.net/doc/8d7179033.html, 通讯联系人:周金池,男,汉族,1971年出生,山东省德州市人,副教授,专业方向:仪器分析与造林新技术的应用。E -m ail:zjc@https://www.360docs.net/doc/8d7179033.html, 1 引 言 近红外(NIR)光谱仪是近年来发展较为迅速的一种高新分析测试技术,是光谱测量技术、计算机技术、化学计量学技术与基础测量技术的有机结合。与传统分析技术相比,近红外光谱仪具有无损检测、分析效率高、分析速度快、分析成本低、重现性好、样品测量一般勿需预处理、光谱测量方便、适合于现场检测(如大批量抽检)和在线分析等独特优势[1] 。 NIR 光谱仪的类型较多,主要有滤光片型、发光二极管(LED)型、光栅色散型、傅里叶变换干涉仪型、声光可调滤光片型(AOTF)、多通道检测型(二极管阵列PDA 、电荷耦合器件CCD)等[2]。光栅色散型仪器又可分为扫描-单通道检测器和固定光路-阵列检测器两种类型。除了采用单色器分光以外,也有仪器采用多种不同波长的发光二极管(LED)作光源,即LED 型近红外光谱仪。尽管我国NIR 光谱仪硬件研制相对较晚,但以上提到的6种类型NIR 光谱仪,在我国都有相关单位进行研发[3]。 2 近红外光谱仪器的主要性能指标 211 分辨率 近红外光谱仪的分辨率是指仪器对于紧密相邻 的峰可以分辨的最小波长间隔,表示仪器实际分开相邻峰的能力,即M /$M 或(K /$K ),M 为两峰中任一峰的波数,$M 为两峰波数之差。它是仪器的最主要指标之一,也是仪器质量的综合反映。仪器的分辨率主要取决于仪器分光系统的性能。对于色散型仪器而言,其分辨率取决于分光后狭缝截取的波段精度,狭缝越小截取的波段越窄,分辨率越高。但随之而来的是能量急剧下降,灵敏度不断降低,为了兼顾检出灵敏度,就不能以无限制地缩小狭缝来提高分辨率,因此,要想让色散型仪器既能分辨率达到0.1cm -1,又能得到一张质量良好的谱图是一件很困难的事。而对于傅里叶变换型的近红外光谱仪,由于有多路通过的特点,无狭缝的限制,因此仪器的分辨率仅取决于干涉采样数据点的多少,即取决于动镜移动的距离,由于动镜的移动由激光控制,因此可以很轻松地得到一张高质量、高分辨率的谱图。212 波长准确性 光谱仪波长准确性是指仪器测定标准物质某一谱峰的波长与该谱峰的标定波长之差(傅里叶变换型红外光谱仪习惯用波数cm -1来表示)。波长准确度一般用波长误差,即上述两值之差来表示。由于近红外分析是用已知样品所建立的模型来分析未知样品的,如果仪器的波长准确度不能保证,则不同测定光谱就会因仪器波长的移动(即x 轴发生了平
光谱仪重要参数定义
光谱仪重要参数定义 ◆CCD 电荷耦合器件(Charger Coupled Device,缩写为CCD ),硅基光敏元件的响应范围在短波近红外区域。 ◆PDA 二极管阵列(Photodiode Array,缩写为PDA)、光电二极管阵列就是由多个二极管单元(象素)组成的阵列,单元数可以就是102,256或1024。当信号光照射到光电二极管上时,光信号就会转换成电信号。大部分光电二极管阵列都包括读出/积分放大器一体式的集成化信号处理电路。光电二极管的优点就是在近红外灵敏度高,响应速度快;缺点就是象元数较少、在紫外波段没有响应。 ◆薄型背照式 薄型背照式电荷耦合器件(BT—CCD,Back Thinned Charge Coupled Device),采用了特殊的制造工 艺与特殊的锁相技术。首先,与一般CCD相比,硅层厚度从数百微米减薄到20μm以下;其次,它采用背照射结构,因此紫外光不必再穿越钝化层。因此,不仅具有固体摄像器件的一般优点,而且具有噪声低,灵敏度高、动态范围大的优点。 BTCCD有很高的紫外光灵敏度,它在紫外波段的量子效率可以瞧到,在紫外波段,量子效率超过40％,可见光部分超过80％,甚至可以达到90％左右。可见,BTCCD不仅可工作于紫外光,也可工作于可见光,就是一种很优秀的宽波段检测器件。 ◆狭缝 光源入口。狭缝面积影响通过的光强度。狭缝宽度影响光学分辨率。 ◆暗电流 未打开光谱仪激发光源时,感光器件接收到的光电信号。主要影响因素有温度,电子辐射等。 ◆分辨率 光学分辨率定义为光谱仪可以分开的最小波长差。要把两个光谱线分开至少要把它们成象到探测器的两个相临象元上。分辨率依赖于光栅的分辨本领、系统的有效焦长、设定的狭缝宽度、系统的光学像差以及其它参数。光栅决定了波长在探测器上可分开的程度(色散),这对于分辨率来说就是一个非常重要的变量。另一个重要参数就是进入到光谱仪的光束宽度,它基本上取决于光谱仪上安装的固定入射狭缝或入射光纤 芯径(当没有安装狭缝时)。狭缝的尺寸有:10,25或50μm×1000μm(高)或100,200或500μm×2000μm(高)。在指定波长处,狭缝成象到探测器阵列上时会覆盖几个象元。而如果要分开两条光谱线,就必须把它们色散到这个象尺寸加上一个象元。当入射光纤的芯径大于狭缝的宽度时,分辨率就要由狭缝的宽度(有效宽度)来决定。 光谱仪分辨率可近似如下度量:R∝M·F/W 其中M为光栅线数,F为谱仪焦距, W为狭缝宽度。 ◆色散 光谱仪的色散决定其分开波长的能力。光谱仪的倒线色散可计算得到:沿光谱仪的焦平面改变距离χ引起波长λ的变化,即:Δλ/Δχ=dcosβ/mF 这里d、β、F分别就是光栅刻槽的间距、衍射角与系统的有效焦距,m为衍射级次。由方程可见,倒线色散不就是常数,它随波长变化。在所用波长范围内,变化可能超过2倍。 ◆光栅与闪耀波长
(完整版)光学仪器基本原理习题及答案
第四章 光学仪器基本原理 1．眼睛的构造简单地可用一折射球面来表示，其曲率半径为5.55mm ，内部为折射率等于4／3的液体，外部是空气，其折射率近似地等于1。试计算眼球的两个焦距。用右眼观察月球时月球对眼的张角为1°，问视网膜上月球的像有多大？ 解；眼球物方焦距；当s ’=∞时，f=﹣5.55／﹙4／3﹣1﹚=﹣16．65㎜=﹣1．665㎝ 眼球的象方焦距：f ＇=s ＇=mm 2.2213455.534 =-? 当u=1°时，由折射定律n 1sinu 1=n 2sinu 2 U 1=1°n 1=1,n 2=4∕3 像高l ＇=f ＇tanu 2=f ＇sinu 2=f ＇×3∕4 sin1o =22.2×3∕4×0.01746=0.29mm 2．把人眼的晶状体看成距视网膜2㎝的一个简单透镜。有人能看清距离在100㎝到300㎝ 间的物体。试问：⑴此人看清远点和近点时，眼睛透镜的焦距是多少？⑵为看清25㎝远的物体，需配戴怎样的眼镜？ 解：人眼s ＇=2cm. S 1=100cm.s 2=300cm 近点时透镜焦距'f =21002 100+?=1.961cm 远点时透镜焦距f ＇=23002 300+? =1.987cm 当s =﹣25cm 时s '=﹣100cm ﹦﹣1m 34125.0100.1111=+-=---=-'= Φs s D 300=度 3．一照相机对准远物时，底片距物镜18㎝，当镜头拉至最大长度时，底片与物镜相距20 ㎝，求目的物在镜前的最近距离？ 解：.18.0m f =' m s 20.0=' 照相机成像公式： f s s '=-'1 11 556.020.01 18.01111-=+-='+'-=s f s m s 8.1-= 目的物在镜前的最近距离为m 8.1
光学原理及应用优选稿
光学原理及应用 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
光学的基本原理及应用 人类很早就开始了对光的观察研究，逐渐积累了丰富的知识。远在2400多年前，我国的墨翟(公元前468—前376)及其弟子们所着的《墨经》一书，就记载了光的直线传播、影的形成、光的反射、平面镜和球面镜成像等现象，可以说是世界上最早的光学着作。 现在，光学已成为物理学的一个重要分支，并在实际中有广泛应用．光学既是物理学中一门古老的基础学科，又是现代科学领域中最活跃的前沿科学之一，具有强大的生命力和不可估量的发展前景。 按研究目的的不同，光学知识可以粗略地分为两大类．一类利用光线的概念研究光的传播规律，但不研究光的本质属性，这类光学称为几何光学；另一类主要研究光的本性(包括光的波动性和粒子性)以及光和物质的相互作用规律，通常称为物理光学。 一、光学现象原理 光的传播速度很快，地球上的光源发出的光，到达我们眼睛所用的时间很短，根本无法觉察，所以历史上很长一段时间里，大家都认为光的传播是不需要时间的．直到17世纪，人们才认识到光是以有限的速度传播的。 光速是物理学中一个非常重要的基本常量，科学家们一直努力更精确地测定光速．目前认为真空中光速的最可靠的值为 c＝299 792 458 m/s 在通常的计算中可取
c＝3.00×108m/s 玻璃、水、空气等各种物质中的光速都比真空中的光速小． （一）直线传播 光能够在空气、水、玻璃透明物质中传播，这些物质叫做介质．在小学自然和初中物理中我们已经学过，光在一种均匀介质中是沿直线传播的．自然界的许多现象，如影、日食、月食、小孔成像等，都是光沿直线传播产生的．由于光沿直线传播，因此可以沿光的传播方向作直线，并在直线上标出箭头，表示光的传播方向，这样的直线叫做光线。物理学中常常用光线表示光的传播方向。有的光源，例如白炽灯泡，它发出的光是向四面八方传播的；但是有的光源，例如激光器，它产生的光束可以射得很远，宽度却没有明显的增加．在每束激光中都可以作出许多条光线，这些光线互相平行，所以叫做平行光线．做简单实验的时候，太阳光线也可以看做平行光线． （二）反射与折射 阳光能够照亮水中的鱼和水草，同时我们也能通过水面看到烈日的倒影；这说明光从空气射到水面时，一部分光射进水中，另一部分光被反射，回到空气中．一般说来，光从一种介质射到它和另一种介质的分界面时，一部分光又回到这种介质中的现象叫做光的反射；而斜着射向界面的光进入第二种介质的现象，叫做光的折射。 光的反射定律实验表明，光的反射遵循以下规律(图18－8)：
近红外光谱仪的性能指标
近红外光谱仪器的主要性能指标 北京英贤仪器有限公司销售工程师王燕岭 在近红外光谱仪器的选型或使用过程中，考虑仪器的哪些指标来满足分析的使用要求，这是分析工作者需要考虑的问题。对一台近红外光谱仪器进行评价时，必须要了解仪器的主要性能指标，下面就简单做一下介绍。 1、仪器的波长范围 对任何一台特定的近红外光谱仪器，都有其有效的光谱范围，光谱范围主要取决于仪器的光路设计、检测器的类型以及光源。近红外光谱仪器的波长范围通常分两段，700～1100nm的短波近红外光谱区域和1100～2500nm的长波近红外光谱区域。 2、光谱的分辨率 光谱的分辨率主要取决于光谱仪器的分光系统，对用多通道检测器的仪器，还与仪器的像素有关。分光系统的光谱带宽越窄，其分辨率越高，对光栅分光仪器而言，分辨率的大小还与狭缝的设计有关。仪器的分辨率能否满足要求，要看仪器的分析对象，即分辨率的大小能否满足样品信息的提取要求。有些化合物的结构特征比较接近，要得到准确的分析结果，就要对仪器的分辨率提出较高的要求，例如二甲苯异构体的分析，一般要求仪器的分辨率好于1nm。[1] 3、波长准确性 光谱仪器波长准确性是指仪器测定标准物质某一谱峰的波长与该谱峰的标定波长之差。波长的准确性对保证近红外光谱仪器间的模型传递非常重要。为了保证仪器间校正模型的有效传递，波长的准确性在短波近红外范围要求好于0.5nm，长波近红外范围好于1.5nm。[1]
4、波长重现性 波长的重现性指对样品进行多次扫描，谱峰位置间的差异，通常用多次测量某一谱峰位置所得波长或波数的标准偏差表示（傅立叶变换的近红外光谱仪器习惯用波数cm-1表示）。波长重现性是体现仪器稳定性的一个重要指标，对校正模型的建立和模型的传递均有较大的影响，同样也会影响最终分析结果的准确性。一般仪器波长的重现性应好于0.1nm。[1] 5、吸光度准确性 吸光度准确性是指仪器对某标准物质进行透射或漫反射测量，测量的吸光度值与该物质标定值之差。对那些直接用吸光度值进行定量的近红外方法，吸光度的准确性直接影响测定结果的准确性。 6、吸光度重现性 吸光度重现性指在同一背景下对同一样品进行多次扫描，各扫描点下不同次测量吸光度之间的差异。通常用多次测量某一谱峰位置所得吸光度的标准偏差表示。吸光度重现性对近红外检测来说是一个很重要的指标，它直接影响模型建立的效果和测量的准确性。一般吸光度重现性应在0.001～0.0004A之间。 7、吸光度噪音 吸光度噪音也称光谱的稳定性，是指在确定的波长范围内对样品进行多次扫描，得到光谱的均方差。吸光度噪音是体现仪器稳定性的重要指标。将样品信号强度与吸光度噪音相比可计算出信噪比。 8、吸光度范围 吸光度范围也称光谱仪的动态范围，是指仪器测定可用的最高吸光度与最低
Nicolet is10型傅立叶红外光谱仪技术指标
Nicolet is10型傅立叶变换红外光谱仪技术指标 一、红外光谱仪主机 1.1.*光谱分辨率：优于0.4cm-1 1.2.干涉仪：平面镜（非立体角镜）电磁驱动，具有13万次或以上连续动态调整功能。 1.3.光谱范围：7800-350cm-1。 1.4.*灵敏度：优于45000：1 （峰-峰值，4cm-1分辨率，1分钟扫描，DTGS检测器） 1.5.红外光源：长寿命中/远红外光源，更换无需打开光学台。 1.6.分束器：涂锗的溴化钾分束器（7800 cm-1 - 350 cm-1）。 1.7.检测器：DTGS检测器（12500 cm-1 - 350 cm-1）。 1.8.波数精度：0.01cm-1 1.9.*ASTM线性度（ASTME1421方法）：小于0.1%（使用3 mil Polystyrene，4cm-1分辨率）。 1.10.快速扫描：可做到40张谱图/秒（16 cm-1分辨率）。 1.11.*系统验证：NG－11玻璃片用于检测器线性测试，1.5mil厚的NIST可溯源PS薄膜，认证 轮上必须标有序列号和数据失效日期。 二、红外光谱仪采样附件： 2.1. 智能型单次反射采样附件：美国原厂生产；适用于难溶、微量、不可破坏的、表层、不可处 理、颜色深的、强吸收的固体、液体或胶状样品；带晶体压力保护装置，保证晶体与样品紧密接触，得到最佳谱图效果。 2.2. 制样工具，包括：100克KBr粉末、玛瑙研钵、25mm锁式样品架、25x4mm溴化钾窗片、 磁性样品架、标准13mm压片模具。 三、软件和谱图库： 3.1. 32位红外光谱软件包，与Windows2000、Windows XP兼容，功能包括数据采集、数据处理、 谱库检索、谱图解析等。要求全部汉化，可用中文对谱图进行标注。实时显示系统当前所处的状态，并实时给出主要元器件的电流、电压、温度值，指示出故障问题并指导使用者如何解决故障问题。 3.2.分峰拟合软件 3.3.多组分定量分析软件 3.4.混合物分离解析软件，可得到半定量结果 3.5.原厂正版10000张以上红外谱图。 四、配套设备 国产12吨压片机 五、仪器工作条件： 5.1. 环境温度：15-30摄氏度
光谱仪性能指标
光谱仪的性能指标 (2012-03-31 19:46:21) 标签： 杂谈 光谱学测量的基础是测量光辐射与波长的对应关系。一般来说，光谱学测量的直接结果是由很多个离散的点构成曲线，每个点的横坐标（X轴）是波长，纵坐标（Y轴）是在这个波长处的强度。因此，一个光谱仪的性能，可以粗略地分为下面几个大类： 1. 波长范围（在X轴上的可以测量的范围）； 2. 波长分辨率（在X轴上可以分辨到什么程度的信号变化）； 3. 噪声等效功率和动态范围（在Y轴上可以测量的范围）； 4. 灵敏度与信噪比（在Y轴上可以分辨到什么程度的信号变化）； 5. 杂散光与稳定性（信号的测量是否可靠？是否可重现）； 6. 采样速度和时序精度（一秒钟可以采集多少个完整的光谱？采集光谱的时刻是否精确？）1. 波长范围 波长范围是光谱仪所能测量的波长区间。最常见的光纤光谱仪的波长范围是400nm-1100nm，也就是可以探测可见光和一部分近红外的光。使用新型探测器可以使这个范围拓展至 200nm-2500nm，即覆盖紫外、可见和近红外波段。光栅的类型以及探测器的类型会影响波长范围。一般来说，宽的波长范围意味着低的波长分辨率，所以用户需要在波长范围和波长分辨率两个参数间做权衡。如果同时需要宽的波长范围和高的波长分辨率，则需要组合使用多个光谱仪通道（多通道光谱仪）。 2. 波长分辨率
顾名思义，波长分辨率描述了光谱仪能够分辨波长的能力，最常用的光谱仪的波长分辨率大约为1nm，即可以区分间隔1nm的两条谱线。Avantes公司可以提供的最高的波长分辨率为 0.025nm。波长分辨率与波长的取样间隔（数据的x坐标的间隔）是两个不同概念。一般来说，高的波长分辨率意味着窄额度波长范围，所以用户需要在波长范围和波长分辨率两个参数间做权衡。如果同时需要宽的波长范围和高的波长分辨率，则需要组合使用多个光谱仪通道（多通道光谱仪）。 3. 噪声等效功率和动态范围 当信号的值与噪声的值相当时，从噪声中分辨信号就会非常困难。一般用与噪声相当的信号的值（光谱辐照度或光谱辐亮度）来表征能一个光谱仪所能够测量的最弱的光强(Y轴的最小值)。噪声等效功率越小，光谱仪就可以测量更弱的信号。狭缝的宽度、光栅的类型、探测器的类型等等参数都会影响噪声等效功率。因为这些参数也会影响波长范围和波长分辨率，用户需要在这些指标间做出取舍。对探测器制冷（Avantes公司的制冷型光谱仪）有助于减小探测器的热噪音，优化探测器检测弱光的能力。 动态范围描述一个光谱仪所能够测量到的最强的信号与最弱的信号的比值。最强的信号为光谱仪在信号不饱和情况下，所能测量的最大信号值，最弱的信号用上述的噪声等效功率衡量。动态范围主要受制于探测器的类型。传统上，动态范围是影响测量方便性的一个很关键的指标，但目前大部分光纤光谱仪都可以通过调整积分时间的方式等效地扩大动态范围，因此，动态范围一般不会对用户的测量带来困扰。 4. 灵敏度与信噪比 灵敏度描述了光谱仪把光信号变成电子学信号的能力，高的灵敏度有助于减小电路本身的噪声对结果影响。狭缝的宽度、光栅的类型、探测器的类型以及电路的参数都会影响灵敏度。衍射效率高的光栅和量子效率高的探测器都有利于提高光谱仪的灵敏度。人为地调高前置放大电路的放大倍数也会提高名义上的灵敏度，但并不一定有助于实际的测量。宽的狭缝会改善灵敏度，但也会降低分辨率，因此，需要用户综合考虑和权衡。 光谱仪的信噪比定义为：光谱仪在强光照射下，接近饱和时的信号的平均值与信号偏离平均值的抖动值（以标准偏差横向）的比。需要注意的是，因为定义中没有对光源做任何限制，使用
典型光学仪器的基本原理
1、光学仪器在国民生产和生活中各个领域广泛应用，绝大多数光学仪器可归纳为望远镜系统、显微镜系统和照明系统三类。 2、人眼构造：人眼本身就相当于一个摄影系统，外表大体呈球形，直径约为25mm，由角膜、瞳孔、房水、睫状体、晶状体和玻璃体等组成的屈光系统相当于成像系统的镜头，起聚焦成像作用。眼睛内的视网膜和大脑的使神经中枢等相当于成像系统的感光底片和控制系统，能够接收外界信号并成像。 3、视度调节：眼睛通过睫状肌的伸缩本能地改变水晶体光焦度的大小以实现对任意距离的物体自动调焦的过程称作眼睛的视度调节。 4、视觉调节：人眼除了随着物体距离的改变而调节晶状体曲率外，还可以在不同的明暗条件下工作，人眼能感受非常大范围的光亮度变化，即眼睛对不同的亮度条件下具有适应的调节能力，这种能力称为眼睛的视觉调节。 5、放大镜定义：放大镜(英文名称：magnifier)：用来观察物体细节的简单目视光学器件，是焦距比眼的明视距离小得多的会聚透镜。物体在人眼视网膜上所成像的大小正比于物对眼所张的角（视角）。 6、视角愈大，像也愈大，愈能分辨物的细节。移近物体可增大视角，但受到眼睛调焦能力的限制。使用放大镜，令其紧靠眼睛，并把物放在它的焦点以内，成一正立虚像。放大镜的作用是放大视角。 7、显微镜：显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，是人类进入原子时代的标志。主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。显微镜分光学显微镜和电子显微镜：光学显微
镜是在1590年由荷兰的詹森父子所首创。现在的光学显微镜可把物体放大1600倍，分辨的最小极限达0.1微米，国内显微镜机械筒长度一般是160mm。 8、光学显微镜由目镜，物镜，粗准焦螺旋，细准焦螺旋，压片夹，通光孔，遮光器，转换器，反光镜，载物台，镜臂，镜筒，镜座，聚光器，光阑组成。 9、显微镜以显微原理进行分类可分为光学显微镜与电子显微镜。 10、光学显微镜：通常皆由光学部分、照明部分和机械部分组成。无
《光学原理与应用》之双折射原理及应用
双折射原理及应用 双折射（birefringence ）是光束入射到各向异性的晶体，分解为两束光而沿不同方向折射的现象。它们为振动方向互相垂直的线偏振光。当光射入各向异性晶体（如方解石晶体）后，可以观察到有两束折射光，这种现象称为光的双折射现象。两束折射线中的一束始终遵守折射定律这一束折射光称为寻常光，通常用o表示，简称o光；另一束折射光不遵守普通的折射定律这束光通常称为非常光，用e表示，简称e光。晶体内存在着一个特殊方向，光沿这个方向传播时不产生双折射，即o光和e光重合，在该方向o光和e光的折射率相等，光的传播速度相等。这个特殊的方向称为晶体的光轴。光轴”不是指一条直线，而是强调其“方向”。晶体中某条光线与晶体的光轴所组成的平面称为该光线的主平面。o光的主平面，e光的光振动在e光的主平面内。 如何解释双折射呢？惠更斯有这样的解释。1寻常光（o光） 和非常光（e光）一束光线进入方解石晶体（碳酸钙的天然晶体）后，分裂成两束光能，它们沿不同方向折射，这现象称为双折射，这是由晶体的各向异性造成的。除立方系晶体（例如岩盐）外，光线进入一般晶体时，都将产生双折射现象。显然，晶体愈厚，射出的光束分得愈开。当改变入射角i时，o光恒遵守通常的折射定律，e光不符合折射定律。2.光轴及主平面。改变入射光的方向时，我们将发现，在方解石这类晶体内部有一确定的方向，光沿这个方向传播时，寻常光和非常光不再分开，不产生双折现象，这一方向称为晶体的光轴。 天然的方解石晶体，是六面棱体，有八个顶点，其中有两个特殊的顶点A和D,相交于A D两点的棱边之间的夹角，各为102°的钝角.它的光轴方向可以这样来
光谱仪选型标准版
选购光谱仪遵循性能价格比最高、故障率最低、适应性最强、售后服务最好的原则。1，分辨率带宽：分辨频率间隔很窄的两个相邻光信号的能力。 2，动态范围：测量强信号附近的弱信号的能力。 3，波长精度：测量波长相对于实际波长的差。 4，分辨率：分辨率是测量精度的表现形式。 5，信噪比：抗噪声干扰的能力。 6，波长：确定光谱仪分析光谱波长范围。 7，焦距：高端光谱仪（实验室级别）的光栅焦距通常在500mm以上。 8，激发频率：激发光源的激发频率通常可调，仪器对基体的适应性越广，根据基体里面的元素设定最佳的放电条件。 9，激发电压：在常规样品的分析过程中，对激发电压没有特殊的要求。但对于某 些特殊样品，如较薄的金属材料而言，由于样品厚度较薄，使用平常的激发电压会将样品烧穿，所以降低激发电压是必要的。
10，激发条件：金属材料中所含有的元素是十分复杂的，不同元素对激发条件的要求也大不相同。 11，电极的清洗方式：目前各光谱仪厂家激发光源均采用单向放电技术，但每次 激发后样品蒸发物会覆盖在对电极表面，一方面影响电极的放电效果，另一方面会引进非测定物质的信号进入检测器，从而影响分析数值。以前的直读光谱仪每测一个样品要用铁刷子刷洗电极一次，影响分析速度，对钨电机表面也会造成损伤。 12，谱线级次：金属材料中的每一个元素在激发条件下，都会产生一系列的谱线，其中最少的元素有16 条谱线。这些谱线的级次是有差别的，其中以一级谱线的波长 最短、能量最强、灵敏度最高、定量精度最好。但光谱仪能否使用一级谱线进行工作，主要由仪器的分辨率来决定。 13，仪器的焦距与分辨率的关系：光谱分析仪器的焦距是影响仪器分辨率的重要 因素之一，但不是唯一的因素。对于直读光谱仪而言，光栅色散率倒数和出射狭缝乘积就是该仪器分辨率的具体数值。在其它条件相同的情况下，增大焦距虽然可以提高仪器的分辨率，但由于光程的增加，能量会大幅度降低，最终结果是损失了仪器的灵敏度。 14，光栅：光栅作为重要的分光器件，它的选择与性能直接影响整个系统性能。 光栅分为刻划光栅、复制光栅、全息光栅等。刻划光栅是用钻石刻刀在涂薄金属表面机械刻划而成；复制光栅是用母光栅复制而成。典型刻划光栅和复制光栅的刻槽是三角形。全息光栅是由激光干涉条纹光刻而成。全息光栅通常包括正弦刻槽。刻划光栅具有衍射效率高的特点，全息光栅光谱范围广，杂散光低，且可作到高光谱分辨率。相比较而言，全息光栅刻线条数比较高，刻线条数越高，光栅分光性能越好。另一方面，全息光栅在制作的过程中可以有效减少每一条刻线上缺口，从而大大降低光栅的杂散光。第三，全息光栅不存在机刻光栅中常有的鬼线，从而有效降低分析误差的产生。
兴隆观测基地16米天文望远镜高分辨率光纤光谱仪HRS用户手册
兴隆观测基地2.16米天文望远镜高分辨率光纤光谱仪（HRS） 用户手册 中国科学院国家天文台兴隆观测基地 二〇一三年八月
目录 1. 光谱仪介绍 (3) 1.1 望远镜卡焦接口部分： (3) 1.2 光纤接口和中继模块 (3) 1.3 高分辨率光纤光谱仪本体 (5) 1.4 CCD图像采集部分 (7) 2. 光谱仪工作前准备 (8) 2.1 准备步骤 (8) 3. 光谱仪卡焦导星程序使用方法 (8) 3.1 导星CCD在卡焦位置及部件 (8) 3.2 导星控制计算机桌面运行程序为AVTUniCamViewer (9) 3.3 为配合自动导星，控制望远镜程序特别增加HRS选项，接收导星误差信号 (11) 4. 光谱仪卡焦部分控制程序使用方法 (12) 4.1 光谱仪电控柜的操作 (12) 4.2 恒温箱循环恒温器的使用 (12) 4.3 光谱仪控制系统软件的操作 (12) 5. 光谱仪观测图像采集程序使用方法 (18) 5.1 用户登录 (18) 5.2 启动CCD采集程序 (18) 5.3 连续观测使用方法 (20) 6. 光谱仪数据远程存储方法 (23) 6.1 新打开一个xterm窗口 (23) 6.2 可以使用系统自带的ftp图形界面传送传送方式同样适用sftp，具体设置已经设好 (23) 7. 2.16米望远镜高分辨率光纤光谱仪主要技术指标 (23)
图表目录 图1-1 卡焦接口单元 (3) 图1-2 光纤输入端：微透镜把望远镜F/9的光束转化为F/3.8的光束，输入的光纤； (4) 图1-3 光纤输出端：微透镜把光纤F/3.8的光束转化为适合光谱仪准直镜F/10的光束。 (4) 图1-4 216圆顶观测室光纤进入地面 (5) 图1-5 2.16米望远镜高分辨率光纤光谱仪本体光路图 (6) 图1-6 2.16米望远镜卡焦高分辨率光纤光谱仪本体 (6) 图1-7 光谱仪激光调试光路图 (7) 图1-8 CCD量子响应曲线 (7) 图3-1 导星CCD在卡焦接口位置 (8) 图4-1 光谱仪控制系统 (13) 图4-2 文件菜单 (14) 图4-3 工作模式选择 (14) 图4-4 调焦图 (15) 图4-5 离焦诊断 (15) 图4-6 狭缝图 (17) 图4-7 Hartmann门 (17) 图4-8 碘盒图 (17) 图4-9 远程控制 (18) 图5-1 观测程序全图 (19) 图5-2 图观测程序各选项功能图 (20) 图5-3 连续观测程序使用例图 (21) 图5-4 平场图片 (21)