《光谱仪——光谱科技大揭秘：从基础到高端的全面解析》

摘要：在现代自然科学分析范畴内，光谱分析作为极为关键的手段，凭借其针对物体物理结构、化学成分等指标的检测效能，在诸多研究与实际应用场景中凸显出不可替代的作用。图像光谱测量技术的问世，实现了光谱技术与成像技术的深度融合，借助光谱分辨能力与图形分辨能力的结合，达成了空间

在现代自然科学分析范畴内，光谱分析作为极为关键的手段，凭借其针对物体物理结构、化学成分等指标的检测效能，在诸多研究与实际应用场景中凸显出不可替代的作用。图像光谱测量技术的问世，实现了光谱技术与成像技术的深度融合，借助光谱分辨能力与图形分辨能力的结合，达成了空间维度上的面光谱分析，由此催生出多光谱成像与高光谱成像技术。国仪光子专注于该领域的研发与创新，其推出的光纤光谱仪为相关技术的应用和推广提供了坚实支撑。

光谱技术的核心原理剖析

光谱的形成源于复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，分离成的单色光通过成像系统投射到探测器上，形成按波长（或频率）大小依次排列的光学频谱图案。国仪光子的部分光纤光谱仪便是基于此原理设计。光波依据波长的不同有着不同的分类，波长处于380 - 780nm之间的为可见光，短于380nm的是紫外光，长于780nm的则是红外光，红外光又可细分为近红外、中红外、远红外等。

以国仪光子的一款光纤光谱仪为例，其采用线阵CCD探测器，具备高量子效率，通过可编程增益放大和高速16位AD转换，拥有较大的动态范围。该光纤光谱仪性价比高且便于携带，适用于多种光谱测量场景，如光谱测量分析、光谱反射率检测、光谱透光率测量、光谱荧光检测等。其波段涵盖紫外 - 可见（200 - 850nm）或者可见 - 近红外（400 - 1100nm），还可根据用户的具体需求进行定制。它具备全光谱检测技术，波长范围为200 - 850nm或400 - 1100nm；采用高速控制技术，积分时间为1ms - 65s；配备2048像素CCD探测器，方便户外使用，在透射/反射检测、LED分选、颜色测量、吸光度测量以及工业过程监控等领域有着广泛应用。

多光谱技术的特性解读

多光谱技术是一种能够同时获取多个光学频谱波段（通常大于等于3个）的光谱探测技术，它在可见光的基础上向红外光和紫外光两个方向进行扩展。常见的实现方式是通过各种滤光片或分光器与多种感光胶片组合，使设备在同一时刻分别接收同一目标在不同窄光谱波段范围内辐射或反射的光信号，进而得到目标在几张不同光谱带的照片。日常生活中，彩色相机拍摄的照片就是典型的多光谱照片，从频谱角度来看，它包含红、绿、蓝三个光学频谱波段的信息。若在相机或探测器上增加更多频带，就能获得包含多个频带的多光谱照片。

多光谱技术结合成像硬件，既可以将多光谱信息以图像形式呈现，也可以仅用探测器获取单个空间点位的光谱信息。国仪光子在多光谱信息获取方面拥有先进的技术和产品，为特定应用场景提供了高效的解决方案。

高光谱成像的精细优势展现

高光谱成像技术是一种能够捕获和分析一片空间区域内逐点光谱的精细技术。它可以检测到单个对象不同空间位置上的独特光谱“特征”，从而能够检测出视觉上难以区分的物质。高光谱图像由更窄的波段（10 - 20nm）组成，可能包含数百或数千个波段。

当物体与光源的光相互作用后，被非成像光谱分析设备（如光纤光谱仪）接收，设备能精确反映接收到的光信号在光谱频带上分布的强度差异，即光谱信息。使用高光谱设备时，从成像特性角度可了解样品各位置的光谱信息，从光谱特性角度能了解特定光谱带内的信号位置分布，因此能获取更丰富的细节信息。例如，人眼只能接收红、绿、蓝三个光谱频段中物体的光能量信号，但无法区分纯黄色和红绿二色混合色的差异，即“同色异谱”现象，而高光谱成像技术却能轻松分辨。

国仪光子的一款光纤光谱仪在高光谱检测方面表现卓越。它采用高灵敏度背照式CCD和双闪耀光栅设计，测试灵敏度高，波长范围宽广，在紫外可见近红外都具有较高的量子效率，检测速度非常快，适用于200 - 1100nm光谱的检测应用，可用于弱光检测、透光率检测、反射率检测、吸光度检测、荧光检测等多种场景。该光纤光谱仪体积小（尺寸仅为146 * 115 * 47mm）、灵敏度高适合较弱光检测、稳定性高适合长期在线检测，使用滨松背照式CCD，感光强度更强且噪音非常小，可应用于拉曼光谱检测、在线检测仪、恶性病的荧光诊断、叶绿素和类胡萝卜素的荧光检测以及血液氧浓度检测等领域。

光谱技术的广泛行业应用

高光谱成像的多元应用场景

高光谱成像技术的“全光谱”功能使得人们能够获取一个场景中每个可分辨空间位置上的光谱信号，得到更多维度的信息，因此其应用场景极为丰富。在艺术品鉴别领域，可通过检测人眼不可见的红外特定油漆或染料，为艺术品的真伪鉴定和修复提供依据；在农作物健康监测方面，能分析农作物的光谱特征，判断其生长状况和病虫害情况；在海岸线测绘、森林监测、矿物勘探等领域，可帮助获取地理信息和资源分布情况；在城市和工业基础设施检测中，能检测建筑材料的质量和结构完整性；在生产线产品质量控制方面，可实时监测产品的成分和质量；在环境监控领域，可对大气、水体等环境要素进行监测和分析。

多光谱与高光谱在物质检测中的差异化应用

很多时候，材料的反射率特征光谱相对于波长的变化非常复杂，使用较粗糙的多光谱成像方法可能无法分辨微小特征。而高光谱成像由于具有更多的光谱频带，能通过更高的光谱分辨率准确获得更复杂的指纹特征，从而分辨出多光谱成像无法识别的物质。例如，在实验室中，将一片新鲜动物组织放置于传送带上，使用高光谱成像仪可获取其图像和光谱信息，清晰区分组织样品上的纯脂肪区域、大理石花纹和纯瘦肉部分。国仪光子的光谱检测设备在这些物质检测应用中，凭借其高精度和高灵敏度，为科研和生产提供了可靠的数据支持。

光谱技术的优势对比分析

高光谱与多光谱的区别优势

相比于多光谱系统，高光谱成像系统如60或300波段的HSI系统能提供更丰富的材料反射光谱信息，实现更精准的物质表征检测。多光谱设备虽然能获取被探测范围内各点在几个特定频带上的样品信息，但无法提供单个区域内非常精细的样品信息；而光谱仪得到的数据代表整个被探测范围内同入射光源相互作用的所有分子发出光的平均值，同样无法提供精细信息。高光谱成像技术则弥补了这些不足，其高光谱分辨率使其在复杂物质检测和分析中具有显著优势。

国仪光子光谱设备的综合优势

国仪光子的光谱设备凭借其先进的技术和出色的性能，在光谱检测领域展现出诸多优势。如前文所述的光纤光谱仪，其全光谱检测技术和高速控制技术，使其能适应不同的测量需求；光纤光谱仪的高灵敏度、宽波长范围和快速检测速度，使其在弱光检测和实时监测等方面表现卓越。这些设备不仅为科研人员提供了准确可靠的检测数据，也为工业生产中的质量控制和过程监控提供了有效的技术手段。