28、近红外阵列光谱仪：原理、优势与系统解析

近红外阵列光谱仪：原理、优势与系统解析

1 引言

近年来，阵列探测器的广泛应用推动了基于衍射光栅多色仪的光谱仪发展。这类光谱仪配备多个探测器，能同时测量大量光谱检测波段的辐射功率。像经过像差校正的全息衍射光栅，让小型多色仪具备良好的光学性能成为可能。

阵列光谱仪主要用于可见光和近红外（NIR）区域，这得益于成本合理的探测器阵列的出现。早期系统采用硅探测器阵列，覆盖400 - 1100 nm的可见光和近红外区域。例如，38和76元素的并行通道硅阵列用于颜色测量，随后出现的自扫描阵列将多路复用器与探测器二极管集成在同一芯片上，再加上积分放大器，性能得到进一步提升。后来，锗（Ge）和铟镓砷（InGaAs）探测器阵列将光电二极管的响应范围扩展到1700 nm，而扩展范围的InGaAs阵列和硫化铅（PbS）薄膜光电导体阵列更是将范围延伸到近红外区域的上限甚至更远（780 - 2500 nm）。

InGaAs光电二极管技术的发展得益于光纤通信的需求，该技术在1300和1550 nm区域得到优化。同时，InGaAs阵列技术也用于光纤通信中的密集波分复用（DWDM）功率监测。就像光纤光学一样，分析光谱学也从光纤通信技术的大量投资中受益。

本文主要探讨用于样品透射和/或反射测量的光电二极管阵列（PDA）光谱仪，用于定量或定性分析。而低辐射功率发射的测量，如拉曼散射，将在其他文章中讨论。

2 阵列光谱仪的优势

2.1 光度性能

PDA结合了高响应度和低噪声，能对光谱辐射功率进行高灵敏度测量。由此产生的高信噪比（S/N）对于利用高阶泛音和组合吸收的近红外振动光谱学尤为重要。低温冷却可大幅降低噪声，使检测极弱信号成为