光纤光谱仪的结构组成有哪些?一篇文章讲清楚

光谱技术在科研与工业中的应用越来越广泛，而光纤光谱仪作为其中的重要工具，因其体积小、操作简便、响应快的优势，被广泛应用于材料分析、环境监测、生物医药、半导体检测等多个领域。那么，一台光纤光谱仪究竟由哪些核心部分组成?它们又各自承担什么功能?本文带你逐一拆解。

一、光学接口与光纤输入

光纤光谱仪最大的特点，就是利用光纤将外部光信号引入到仪器内部。光纤作为“采光窗口”，能够灵活适配不同的探头和光源，使得光谱仪既能用于透射、反射、荧光，也能连接到显微镜或探针系统。光学接口一般采用标准 SMA905 或 FC 接口，保证光信号传输稳定。

二、狭缝（Entrance Slit）

狭缝是光谱仪的入口光阀门，决定了进入光路的光束宽度。狭缝宽度越窄，分辨率越高，但同时进入的光能量越少;狭缝宽度较大时，信噪比提升，但分辨率会降低。科研和检测应用通常需要在两者之间找到平衡。

三、准直镜（Collimator）

从狭缝进入的光束通常是散射状态，需要通过准直镜将其转化为平行光，以便后续衍射和分光。这一步相当于给光“排好队”，保证进入光栅时的入射角度统一，从而获得稳定的分光效果。

四、光栅（Diffraction Grating）

光栅是光谱仪的“核心心脏”，通过衍射与干涉原理，将不同波长的光分开。常见的有全息光栅与刻划光栅，刻线密度和光栅角度决定了光谱的分辨率和波长范围。例如，一些高端光谱仪会配备可更换光栅，兼顾宽波段测量与高分辨需求。

五、聚焦镜（Focusing Mirror）

光栅分光后的多色光仍然需要被聚焦到探测器上。聚焦镜的作用就是将不同波长的光准确投射到探测器的像素点上，从而实现精确的光谱重建。如果聚焦系统设计不佳，容易出现杂散光和成像畸变，影响最终结果。

六、探测器（Detector）

探测器是光谱仪将“光”转化为“电信号”的关键组件。常见的有 CCD(电荷耦合器件)与 CMOS(互补金属氧化物半导体)探测器。CCD 优点是噪声低、灵敏度高，而 CMOS 则具备读出速度快、功耗低的优势。不同的探测器适配不同场景，比如科研多倾向于 CCD，而快速检测更适合 CMOS。

七、电子处理单元与软件系统

探测器输出的信号需要经过模数转换(ADC)、放大和数字处理，才能在电脑或终端软件中显示为光谱曲线。现代光纤光谱仪往往集成了高速数据采集卡和智能算法，用户只需通过软件界面，就能实现光谱实时采集、分析和导出。

八、结构一体化与系统稳定性

一台光纤光谱仪的性能，不仅取决于单个部件的参数，还依赖整体结构的匹配与优化。例如，光路设计是否紧凑、光学器件是否具备良好的镀膜、探测器散热是否高效，这些都会影响到光谱数据的准确性与稳定性。

九、应用延伸与行业实践

随着科研和工业需求的增长，光纤光谱仪正逐渐小型化、智能化。例如，在水质监测中，它可以实时检测 COD、氨氮等指标;在半导体制造中，可以用于薄膜厚度和材料成分的检测;在食品加工中，还能进行品质分级和安全监测。

像莱森光学这样的光谱传感厂商，就在高光谱成像和光谱系统设计上积累了丰富的经验。他们通过对光路结构与探测模块的深度优化，让光纤光谱仪在科研、半导体、生物医药等领域都能保持高精度和稳定性，推动光谱技术走向更多应用场景。

总结

光纤光谱仪的结构可分为：光纤输入、狭缝、准直镜、光栅、聚焦镜、探测器和电子处理系统等模块。它们环环相扣，共同完成了从光信号采集到光谱输出的全过程。理解这些结构组成，不仅有助于科研人员更好地选择设备，也能帮助工程师在实际检测中提高数据的可靠性。

莱森光学(深圳)有限公司是一家提供光机电一体化集成解决方案的高科技公司，我们专注于光谱传感和光电应用系统的研发、生产和销售。

审核编辑 黄宇