SPECROMETER光纖光譜儀應用
Avantes 提供一系列附件適用眾多領域應用.
應用類型
AvaSpec光譜儀系列的應用領域非常廣泛，如農業、天文、汽車、生物、化學、鍍膜、色度計量、環境檢測、薄膜工業、食品、寶石檢測、LED檢測、印刷、造紙、喇曼光譜、半導體工業等。下面介紹一些典型應用。
1．顏色測量
一般來說，物體和濃稠液體的顏色測量可以使用不同的實驗組合比如使用反射型光纖探頭或積分球。在該測量中，可以使用波長範圍在380到780nm，解析度（FWHM）為5nm的光譜儀；此外，還需要白光連續光源和白色反射板。對於測量紡織品、紙張、水果、葡萄酒、鳥類羽毛顏色等不同的應用可以使用不同的光纖探頭。應用反射光譜的顏色測量的典型實驗組合如圖所示。
2．紫外/可見吸收光譜測量
液體的吸收率測量可以用不同的實驗組合和波長範圍來實現，如使用浸入型光纖探頭或流動樣品池進行線上吸收率測量，或使用樣品固定槽進行樣品的吸收率測量。對於測量紫外/可見波長範圍的光譜儀，可以選擇波長範圍200-1100nm、解析度1.4nm(FWHM)。此外還需要氘-鹵素燈作為光源。不同的應用可以選擇不同的光纖探頭。吸收率測量的典型實驗組合如圖所示。
3．放射光譜測量
放射光譜測量可以用不同的實驗組合和波長範圍來實現，還要用到餘弦校正器或積分球。放射光譜測量可以在紫外/可見和可見/近紅外波長範圍內測量。 對於放射光譜的絕對測量，光譜儀可以配置成波長範圍從200-400nm或350-1100nm，或組合起來實現紫外/可見光200-1100nm，並可以在Avantes公司的校正實驗室裡進行照度校正。校正後的實驗組合不能改變，如光纖和勻光器都不能更改。 為了使實驗組合更靈活，用可見/近紅外受校光源（AvaLight-HAL-CAL）或紫外/可見/近紅外光受校光源（AvaLight-DH-CAL）可以在用戶現場進行受校。功能強大的AvaSoft-IRRAD軟件可以完成受校並載入照度校正數據。放射光譜測量的典型實驗組合如圖所示。
4．LED測量
最簡單而且迅速地測量LED的整個光通量的方法就是使用一個積分球，並把它連接到一個Avantes公司的光譜儀上。該系統可以用鹵素燈進行校正（AvaLight-HAL-CAL-ISP），然後用AvaSoft-IRRAD軟件從測量到的光譜分佈計算出相關參數，並實現輻射量的絕對測量。所測光源的光譜發光強度還可以用μW/cm2/nm來計算、顯示並存儲。另外的窗口還可以顯示大約10個參數：輻射量μW/cm2, μJ/cm2, μW或μJ；光通量lux或lumen，色軸X, Y, Z, x, y, z, u, v和色溫。LED測量的典型實驗組合如圖所示。
5．薄膜厚度測量
AvaSpec的膜厚測量系統基於白光干涉測量原理，可以測量的膜層厚度10nm-50μm，解析度為1nm。薄膜測量在半導體晶片生長過程中經常被用到，因為等離子體刻蝕和澱積過程需要監控；其它應用如在金屬和玻璃材料基底上鍍透明光學膜層也需要測量膜層厚度。配套的AvaSoft-ThinFilm應用軟件包括豐富的各種常用材料和膜層的n值和k值，可以實現膜層厚度的在線監測，並可以輸出到Excel文件進行過程控制。薄膜厚度測量的典型實驗組合如圖所 示
6．真空室鍍膜過程監控
光纖光譜儀為真空室內鍍膜過程的監控提供了一種靈活的測量方式，它可以方便地把光引入並引出真空室或潔淨工作倉，同時選擇鍍膜過程分析所需要測量的參數。在實際的在線生產中，可以在工作倉中放置幾個探頭來檢測整個生產過程。圖示為真空室鍍膜過程監控的典型實驗組合。在這裡一個反射型光纖探頭用來在線監測鍍膜過程。氘-鹵素燈發出的光被導入真空室並傳導到反射探頭上，反射光由反射探頭傳導到光譜儀中；也可以再增加一個通道作為參考測量來補償光源的波動。
7．氧濃度傳感器
氧濃度傳感器包括一個光纖螢光探頭，探頭表面鍍有專利技術的膜層，並使用一個藍光LED作為激發源，還有一台高靈敏度的微型光譜儀。該傳感器應用螢光技術測量氧的絕對含量，樣品產生的螢光反射回偵測器上。當氣態或液態樣品中的氧擴散到探頭的膜層上時，就會使螢光猝滅，猝滅的程度與樣品中的氧的濃度是相 AvaSoft-OXY應用軟件可以同時校正傳感器並監測氧的濃度。氧濃度測量的典型實驗組合如圖所示。
8．寶石成分檢測
顏色是判斷鑽石成色的決定因素之一，天然鑽石和人造鑽石可以用波長範圍在400-750nm的光檢測出來。在天然Ia類鑽石的吸收譜中可以發現415nm和478nm的特徵波長，而人造鑽石在該波長處則沒有吸收峰。人造鑽石中可以偵測到592n和741nm的波長。而且天然鑽石和人造鑽石的吸收峰幅值相差近10倍。當然其它寶石也可以用這種方法檢測，如紅寶石、紫翠玉、藍寶石等。寶石成分檢測的典型實驗組合如圖所示。
9．螢光測量
在許多應用領域如生物學（葉綠素和類胡蘿蔔素）、生物醫學（惡性病的螢光診斷）和環境應用中都需要用到螢光檢測技術。螢光檢測通常需要高靈敏度光譜儀（積分時間大於5秒時選用AvaSpec-2048TEC）。在大多數應用中螢光能量僅為激發光能量的3%，波長要長於激發光，且為散射光。在螢光測量系統中，一定要避免激發光進入到光譜儀中。螢光分析的典型實驗組合如圖所示。
10．生物醫學應用
在過去的十年中，Avantes公司幫助許多用戶進行了血成分分析的非侵入式和侵入式的光譜學測量手段，測量了許多重要的醫學指標，如組織和紋理中的氧濃度、血色素、細胞色素和水濃度等。非侵入式檢測系統包括AvaSpec-2048單通道微型光纖光譜儀、AvaLight-HAL鎢鹵素燈和反射型光纖探頭，而侵入式檢測系統則使用了一根植入於導管中的特殊的反射型光纖探頭。 在需要連續測量氧濃度、血色素的氧化和去氧化過程的醫學應用中，該系統得到了成功的應用。生物醫學應用的典型實驗組合如圖所示。
532nm固態綠雷射、氬離子雷射或HeNe 雷射
11．拉曼光譜測量
AvaRaman拉曼系統是一台高度整合而且性能比高的系統，適用於需要拉曼測量的應用領域。AvaRaman拉曼系統包括半導體雷射， AvaSpec-2048光纖光譜儀，和多種可選光纖探頭和AvaSoft-Raman應用軟軟。
AvaRaman拉曼系統有兩個款機型：
1。低成本非冷卻型，解析度25cm-1。
2。高性能TE致冷型，解析度10cm-1。
AvaRaman拉曼系統特別適用於反應過程監控、產品識別、遙感，水溶液、凝膠體和其它介質中高散射粒子的判定。
AvaRaman拉曼系統的光源也可以選擇50mW或100mW的雷射。
12．顏色混合及匹配
Mix2Match軟件可以與AvaMouse或SpectroCam配合使用，也可以與其它能用於顏色測量的AvaSpec光譜儀配合使用。主要的應用領域是印刷業、印染業和繪畫業。Mix2Match是顏色匹配軟件，它的主要功能是創建一個新顏色與數據庫中的已知顏色進行比對並進行校正，也可以創建一個新顏色來與著色文件中的顏色進行比對
13．材料（金屬/非金屬）成分檢測（詳情請點擊）
LIBS（雷射誘導破裂光譜）技術是基於雷射光束聚焦到被測樣品上所產生的物質電離過程，電子的再結合會發光，對該光譜進行分析研究可以得到被測物質的成分。LIBS技術最初是由美國Los Alamos國家實驗室的David Cremers研究小組在二十多年前發明的。從此以後，LIBS技術成功地被用於微量元素的檢測和惡劣環境下的線上成份分析等應用中。
根據所分析的元素不同，LIBS技術可以偵測ppm到ppt級的含量。而且不需要對所測樣品進行預加工（如拋光，溶解等），可以分析固態、液態、氣態樣品。
AvaLIBS是一款結構緊湊、操作簡便、分析結果準確的分析系統。它把高效能Nd-YAG雷射光束聚焦到樣品上，然後同軸收集產生的信號光，並用高解析度、多通道、快觸發型AvaSpec-2048FT光譜儀進行分析。
14．園藝測量
HortiSpec園藝測量光譜儀被開發用於測量溫室中可見光和近紅外光區域內的光強度和光譜分佈。 光的強度和光強的譜線分佈是影響植物的生長和光合作用的非常重要的因素。對於光強度，可以通過經由照度校準過的HortiSpec準確地測量出光子數和其他參數，專門針對園藝學測量。HortiSpec光譜儀可以通過藍芽裝置無線連接到遠端電腦。電腦可以用來控制溫室中濾光鏡的移動或者控制特殊的燈泡。
應用類型
AvaSpec光譜儀系列的應用領域非常廣泛，如農業、天文、汽車、生物、化學、鍍膜、色度計量、環境檢測、薄膜工業、食品、寶石檢測、LED檢測、印刷、造紙、喇曼光譜、半導體工業等。下面介紹一些典型應用。
1．顏色測量
一般來說，物體和濃稠液體的顏色測量可以使用不同的實驗組合比如使用反射型光纖探頭或積分球。在該測量中，可以使用波長範圍在380到780nm，解析度（FWHM）為5nm的光譜儀；此外，還需要白光連續光源和白色反射板。對於測量紡織品、紙張、水果、葡萄酒、鳥類羽毛顏色等不同的應用可以使用不同的光纖探頭。應用反射光譜的顏色測量的典型實驗組合如圖所示。
2．紫外/可見吸收光譜測量
液體的吸收率測量可以用不同的實驗組合和波長範圍來實現，如使用浸入型光纖探頭或流動樣品池進行線上吸收率測量，或使用樣品固定槽進行樣品的吸收率測量。對於測量紫外/可見波長範圍的光譜儀，可以選擇波長範圍200-1100nm、解析度1.4nm(FWHM)。此外還需要氘-鹵素燈作為光源。不同的應用可以選擇不同的光纖探頭。吸收率測量的典型實驗組合如圖所示。
3．放射光譜測量
放射光譜測量可以用不同的實驗組合和波長範圍來實現，還要用到餘弦校正器或積分球。放射光譜測量可以在紫外/可見和可見/近紅外波長範圍內測量。 對於放射光譜的絕對測量，光譜儀可以配置成波長範圍從200-400nm或350-1100nm，或組合起來實現紫外/可見光200-1100nm，並可以在Avantes公司的校正實驗室裡進行照度校正。校正後的實驗組合不能改變，如光纖和勻光器都不能更改。 為了使實驗組合更靈活，用可見/近紅外受校光源（AvaLight-HAL-CAL）或紫外/可見/近紅外光受校光源（AvaLight-DH-CAL）可以在用戶現場進行受校。功能強大的AvaSoft-IRRAD軟件可以完成受校並載入照度校正數據。放射光譜測量的典型實驗組合如圖所示。
4．LED測量
最簡單而且迅速地測量LED的整個光通量的方法就是使用一個積分球，並把它連接到一個Avantes公司的光譜儀上。該系統可以用鹵素燈進行校正（AvaLight-HAL-CAL-ISP），然後用AvaSoft-IRRAD軟件從測量到的光譜分佈計算出相關參數，並實現輻射量的絕對測量。所測光源的光譜發光強度還可以用μW/cm2/nm來計算、顯示並存儲。另外的窗口還可以顯示大約10個參數：輻射量μW/cm2, μJ/cm2, μW或μJ；光通量lux或lumen，色軸X, Y, Z, x, y, z, u, v和色溫。LED測量的典型實驗組合如圖所示。
5．薄膜厚度測量
AvaSpec的膜厚測量系統基於白光干涉測量原理，可以測量的膜層厚度10nm-50μm，解析度為1nm。薄膜測量在半導體晶片生長過程中經常被用到，因為等離子體刻蝕和澱積過程需要監控；其它應用如在金屬和玻璃材料基底上鍍透明光學膜層也需要測量膜層厚度。配套的AvaSoft-ThinFilm應用軟件包括豐富的各種常用材料和膜層的n值和k值，可以實現膜層厚度的在線監測，並可以輸出到Excel文件進行過程控制。薄膜厚度測量的典型實驗組合如圖所 示
6．真空室鍍膜過程監控
光纖光譜儀為真空室內鍍膜過程的監控提供了一種靈活的測量方式，它可以方便地把光引入並引出真空室或潔淨工作倉，同時選擇鍍膜過程分析所需要測量的參數。在實際的在線生產中，可以在工作倉中放置幾個探頭來檢測整個生產過程。圖示為真空室鍍膜過程監控的典型實驗組合。在這裡一個反射型光纖探頭用來在線監測鍍膜過程。氘-鹵素燈發出的光被導入真空室並傳導到反射探頭上，反射光由反射探頭傳導到光譜儀中；也可以再增加一個通道作為參考測量來補償光源的波動。
7．氧濃度傳感器
氧濃度傳感器包括一個光纖螢光探頭，探頭表面鍍有專利技術的膜層，並使用一個藍光LED作為激發源，還有一台高靈敏度的微型光譜儀。該傳感器應用螢光技術測量氧的絕對含量，樣品產生的螢光反射回偵測器上。當氣態或液態樣品中的氧擴散到探頭的膜層上時，就會使螢光猝滅，猝滅的程度與樣品中的氧的濃度是相 AvaSoft-OXY應用軟件可以同時校正傳感器並監測氧的濃度。氧濃度測量的典型實驗組合如圖所示。
8．寶石成分檢測
顏色是判斷鑽石成色的決定因素之一，天然鑽石和人造鑽石可以用波長範圍在400-750nm的光檢測出來。在天然Ia類鑽石的吸收譜中可以發現415nm和478nm的特徵波長，而人造鑽石在該波長處則沒有吸收峰。人造鑽石中可以偵測到592n和741nm的波長。而且天然鑽石和人造鑽石的吸收峰幅值相差近10倍。當然其它寶石也可以用這種方法檢測，如紅寶石、紫翠玉、藍寶石等。寶石成分檢測的典型實驗組合如圖所示。
9．螢光測量
在許多應用領域如生物學（葉綠素和類胡蘿蔔素）、生物醫學（惡性病的螢光診斷）和環境應用中都需要用到螢光檢測技術。螢光檢測通常需要高靈敏度光譜儀（積分時間大於5秒時選用AvaSpec-2048TEC）。在大多數應用中螢光能量僅為激發光能量的3%，波長要長於激發光，且為散射光。在螢光測量系統中，一定要避免激發光進入到光譜儀中。螢光分析的典型實驗組合如圖所示。
10．生物醫學應用
在過去的十年中，Avantes公司幫助許多用戶進行了血成分分析的非侵入式和侵入式的光譜學測量手段，測量了許多重要的醫學指標，如組織和紋理中的氧濃度、血色素、細胞色素和水濃度等。非侵入式檢測系統包括AvaSpec-2048單通道微型光纖光譜儀、AvaLight-HAL鎢鹵素燈和反射型光纖探頭，而侵入式檢測系統則使用了一根植入於導管中的特殊的反射型光纖探頭。 在需要連續測量氧濃度、血色素的氧化和去氧化過程的醫學應用中，該系統得到了成功的應用。生物醫學應用的典型實驗組合如圖所示。
532nm固態綠雷射、氬離子雷射或HeNe 雷射
11．拉曼光譜測量
AvaRaman拉曼系統是一台高度整合而且性能比高的系統，適用於需要拉曼測量的應用領域。AvaRaman拉曼系統包括半導體雷射， AvaSpec-2048光纖光譜儀，和多種可選光纖探頭和AvaSoft-Raman應用軟軟。
AvaRaman拉曼系統有兩個款機型：
1。低成本非冷卻型，解析度25cm-1。
2。高性能TE致冷型，解析度10cm-1。
AvaRaman拉曼系統特別適用於反應過程監控、產品識別、遙感，水溶液、凝膠體和其它介質中高散射粒子的判定。
AvaRaman拉曼系統的光源也可以選擇50mW或100mW的雷射。
12．顏色混合及匹配
Mix2Match軟件可以與AvaMouse或SpectroCam配合使用，也可以與其它能用於顏色測量的AvaSpec光譜儀配合使用。主要的應用領域是印刷業、印染業和繪畫業。Mix2Match是顏色匹配軟件，它的主要功能是創建一個新顏色與數據庫中的已知顏色進行比對並進行校正，也可以創建一個新顏色來與著色文件中的顏色進行比對
13．材料（金屬/非金屬）成分檢測（詳情請點擊）
LIBS（雷射誘導破裂光譜）技術是基於雷射光束聚焦到被測樣品上所產生的物質電離過程，電子的再結合會發光，對該光譜進行分析研究可以得到被測物質的成分。LIBS技術最初是由美國Los Alamos國家實驗室的David Cremers研究小組在二十多年前發明的。從此以後，LIBS技術成功地被用於微量元素的檢測和惡劣環境下的線上成份分析等應用中。
根據所分析的元素不同，LIBS技術可以偵測ppm到ppt級的含量。而且不需要對所測樣品進行預加工（如拋光，溶解等），可以分析固態、液態、氣態樣品。
AvaLIBS是一款結構緊湊、操作簡便、分析結果準確的分析系統。它把高效能Nd-YAG雷射光束聚焦到樣品上，然後同軸收集產生的信號光，並用高解析度、多通道、快觸發型AvaSpec-2048FT光譜儀進行分析。
14．園藝測量
HortiSpec園藝測量光譜儀被開發用於測量溫室中可見光和近紅外光區域內的光強度和光譜分佈。 光的強度和光強的譜線分佈是影響植物的生長和光合作用的非常重要的因素。對於光強度，可以通過經由照度校準過的HortiSpec準確地測量出光子數和其他參數，專門針對園藝學測量。HortiSpec光譜儀可以通過藍芽裝置無線連接到遠端電腦。電腦可以用來控制溫室中濾光鏡的移動或者控制特殊的燈泡。