光譜分析是物質(zhì)分析中的一種重要方法，在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，環(huán)境，食品，醫(yī)藥和制藥等領(lǐng)域中的應(yīng)用都十分普遍，而光譜儀則是長期征戰(zhàn)于第 一線的核心器件之一。

2013年濱松公司推出了世 界 最小尺寸的微型光譜儀C12666MA，該光譜儀只有指尖那么大（20.1 × 12.5 × 10.1 mm）。CMOS傳感器和可穿透的狹縫融為一體，與通過納米壓印而成的反射型凹面光柵一起被配置在了只有指尖大小的微型光譜儀中。

圖1 紅色圓圈內(nèi)為C12666MA

這個具有超小體積、低成本特點的C12666MA微型光譜儀，其測量范圍覆蓋可見光波段（340 nm~780 nm），可用于打印機(jī)中和LED照明的顏色傳感、連接智能手機(jī)進(jìn)行床邊及時檢測，以及其他多種輕便測量類應(yīng)用。

圖2 C12666MA應(yīng)用介紹

2015年，濱松在原有的指尖大微型光譜儀C12666MA（曾獲國際光學(xué)“棱鏡獎”）的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升性能，推出新品C12880MA。

圖3 微型光譜儀C12880MA 

新產(chǎn)品擁有和上一代一樣的外形，但其內(nèi)部使用了新研發(fā)的高靈敏度APS CMOS圖像傳感器，靈敏度比以往產(chǎn)品高出兩個量級，并可滿足各種需在暗環(huán)境下進(jìn)行光譜測量的應(yīng)用需求。

此外，C12880MA具有更廣的光譜響應(yīng)范圍，在具有對可見光波段的測量能力的基礎(chǔ)上，進(jìn)而拓展到可對部分近紅外波段的光進(jìn)行測量（340 nm~850 nm）。使產(chǎn)品在食物檢測、水質(zhì)監(jiān)測等領(lǐng)域有了更大的應(yīng)用空間。

2019年濱松又成功推出了超緊湊的SMD型微型光譜儀C14384MA，“更小、更低成本、更高近紅外靈敏度”又一次被重新定義。

圖4 微型光譜儀C14384MA-01

SMD型微型光譜儀C14384MA，采用獨特的光學(xué)設(shè)計，并配備了濱松最 新的高靈敏APS型CMOS圖像傳感器，提高了對近紅外光的靈敏度。與同樣可測近紅外光的MS系列相比，新產(chǎn)品體積約為其1/14，重量為其1/30，靈敏度卻是其50倍。可以實現(xiàn)對水分、糖、有機(jī)酸等食品的各種成分的高靈敏測定。

追求卓 越的腳步從未停歇，濱松超小型光譜儀家族在不久的將來即將引來新成員（在研究中），可以響應(yīng)紫外波段190~440 nm，它在保持了和C12666MA一樣的尺寸大小的情況下，使用了高靈敏度的APS-CMOS，預(yù)計實現(xiàn)7 nm的光譜分辨率。用僅僅5克的小尺寸為紫外光譜的應(yīng)用帶來新的可能性。

在光譜儀10多年的發(fā)展過程中，越來越多的應(yīng)用方向被發(fā)掘出來，基于濱松超小型光譜儀的熒光定量PCR、血紅蛋白POCT、便攜式土壤分析儀等都已經(jīng)步入量產(chǎn)。

圖5 微型光譜儀更多應(yīng)用介紹

學(xué)習(xí)如何正確使用濱松H10722光電倍增管

分壓器的作用是給光電倍增管的倍增級提供正確的分壓，使倍增級實現(xiàn)連續(xù)的倍增，從而進(jìn)行放大。所以分壓器的設(shè)計會影響光電倍增管的分辨率、線性和穩(wěn)定性。一般分壓器我們可以分為三個部分：前級（陰極和第 一倍增級）、中間級、末級，每個部分對光電倍增管的影響各不相同。

接下來工程師會按照不同的分壓器特點，為大家一一梳理針對不同需求的分壓器設(shè)計應(yīng)該采用什么辦法。

直流（DC）輸出型

此種分壓器的設(shè)計，在陽極輸出電流比較小的時候可以忽略后面倍增級的影響。但是當(dāng)入射光通量增大時，會導(dǎo)致后面幾級倍增級的電壓下降，導(dǎo)致前面電極間的電壓升高，所以此種分壓器的設(shè)計只適用于陽極輸出電流較小的直流信號輸出中。

脈沖信號型

為了改善脈沖信號的線性，我們可以在末級倍增級上接上去耦電容，在脈沖期間，補(bǔ)充光電倍增管的電荷，以抑 制末級分壓器和陽極之間的電壓下降，從而改善脈沖線性。

高線性（大電流）輸出分壓器電路

①錐形分壓器
為了克服由于入射光過強(qiáng)導(dǎo)致末級分壓器空間電荷效應(yīng)的影響，我們可以使后面幾級分壓器的阻值變大，使用錐形的分壓設(shè)計，可以有效地提高陽極輸出線性。

②穩(wěn)壓管分壓器

可以在前級和末級之間使用齊納二極管來代替電阻，不管陰極和陽極之間所加多大的電壓，都能維持電極電壓的穩(wěn)定性，確保光電倍增管穩(wěn)定工作，并取得最 大的輸出線性。

③倍壓整流分壓器

可以在回路里串聯(lián)二極管，每個接點各串聯(lián)一個電容（倍壓整流）。這種兼有電源的分壓電路，具有高輸出線性外，還具有小型、低功耗的特性。

④晶體管分壓器

在閃爍計數(shù)應(yīng)用中，當(dāng)光電倍增管在高計數(shù)率的時候，常發(fā)生輸出線性的問題，在這種場合中，可以使用晶體管來代替分壓器電阻，這時由分壓器電阻引起的輸出線性降低可以得到改善。

減少震蕩分壓器

在輸出上升時間為10納秒以下的快速脈沖時，我們在末級分壓器接上阻尼電阻，可以減輕輸出波形的振蕩。阻尼電阻常用10到200 Ω左右的無感應(yīng)電阻，如果該阻值過大，將會引起時間響應(yīng)特性變壞，一般可以通過觀察實際波形來決定其必要的最小限度值。

增益可調(diào)節(jié)分壓器

我們可以改變所加的電壓來控制光電倍增管的輸出，但有時希望不改變高壓，依然可以讓光電倍增管工作在增益比較高、工作電壓低的場合中，此時我們可以參考以下的設(shè)計。

①倍增級和陽極短接

如圖所示，可以直接減少倍增級級數(shù)來控制增益，并提高極間電壓、提高信噪比。可以從陽極或者倍增級輸出。

②調(diào)節(jié)中間倍增級電位

如圖所示，我們可以在中間倍增級中添加可調(diào)節(jié)電阻。調(diào)節(jié)中間倍增級電壓控制光電倍增管增益，試驗表明保持前級電位恒定，僅僅改變中間倍增級電壓來調(diào)節(jié)光電倍增管增益是有效的。

為了進(jìn)一步幫助大家理解，工程師還準(zhǔn)備了視頻講解版本，大家可以點擊圖片了解詳情。

關(guān)于分壓器講解已經(jīng)結(jié)束，如果有任何問題都可以在評論區(qū)提問，工程師會第 一時間為您解答。

濱松光譜儀軟件全新升級，現(xiàn)已進(jìn)入火熱測試階段。誠邀各位下載最 新款Jian Spectra尖雀光譜儀TM軟件，前20名在評論區(qū)反饋的客戶還可以獲得精美禮物一份喲。

圖1 Jian Spectra軟件界面 

最 新款Jian Spectra尖雀光譜儀TM軟件，從視覺上來說，更加扁平化，功能區(qū)域劃分更加清楚，提高了用戶的使用體驗；從功能上來說，Jian Spectra這一款軟件就可以適配濱松所有型號光譜儀需求，對于有多個型號的光譜儀用戶來說，可以大大減少工作負(fù)擔(dān)；從使用的便捷性來說，只需要通過簡單的鼠標(biāo)點擊即可完成諸如曝光時間、平均次數(shù)、觸發(fā)參數(shù)等設(shè)置，無需單獨打開設(shè)置按鈕，使得用戶可以更快速地獲取數(shù)據(jù)。無需專業(yè)的光譜儀使用經(jīng)驗即可輕松上手。

表1 新舊版光譜儀軟件對比

表2 新款光譜儀軟件適用型號一覽

接下來，我們通過兩個案例來詳細(xì)介紹一下Jian Spectra尖雀光譜儀TM的具體操作流程。

序列采集

1、首先點擊“預(yù)覽”按鈕，根據(jù)光譜完成參數(shù)設(shè)置。

2、點擊“保存設(shè)置”按鈕，完成序列采集相關(guān)參數(shù)設(shè)置。

3、采集完畢后，可以查看所有采集的光譜曲線，或者保存單張。

透過率采集

1、點擊“預(yù)覽“按鈕，完成光譜參數(shù)設(shè)置。

2、采集暗背景，扣除暗背景。

3、點擊“空白參考采集”按鈕，采集參考信號。

4、放置樣品，采集信號。

5、點擊“T”按鈕，就可以查看透過率光譜，或點擊“A”按鈕，也可以查看吸光度。

除了上述圖片文字演示之外，我們還為大家準(zhǔn)備了工程師實操視頻演示版本，點擊下圖查看軟件操作，希望可以幫助大家更好地使用最 新款光譜儀軟件。

關(guān)于最 新款光譜儀軟件的信息介紹到此結(jié)束啦，大家要記得下載測試給我們反饋哦。前20位還有禮品等著你喲。

人的指紋是各自不同的，通過指紋識別，便可以找到特定的那一個人。而在微觀世界中，分子也是擁有自己獨特的“指紋”的。紅外光具有在特定波長被吸收的特性，該特定波長由分子固有的振動能決定。利用此特性可以識別每個分子，因此紅外光的光譜范圍通常被稱為分子的“指紋區(qū)”，并被廣泛用于分析光譜學(xué)中。

其中，傅里葉紅外光譜儀（FTIR）是紅外光譜分析中一種重要的光譜儀類型，發(fā)展自20世紀(jì)70年代，屬于第三代紅外光譜儀技術(shù)。由于可以快速、準(zhǔn)確的進(jìn)行多組分的定量和定性分析，FTIR被看看作是醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)和化工等領(lǐng)域中實現(xiàn)質(zhì)量控制的理想工具。

典型的FTIR工作示意

進(jìn)入FTIR光譜儀的紅外光由光學(xué)干涉儀中的分束器分成兩束。這兩個光束分別被固定鏡和可移動鏡反射，并被分束器重新組合。然后，光被紅外檢測器檢測為光學(xué)干涉信號。根據(jù)可移動反射鏡的位置信息和根據(jù)光學(xué)干涉信號強(qiáng)度按可移動反射鏡位置分布的信息，來執(zhí)行傅立葉變換以計算每個波長的紅外光強(qiáng)度，從而分析樣品的成分。

不過，雖然性能棒棒，本領(lǐng)超凡，但FTIR卻有一個關(guān)于自己“體型”的“煩惱”，那就是：真！的！太！笨！重！了！作為一個“精貴的月半子”，FTIR幾乎只能止步于實驗室中。面對應(yīng)用場景中出現(xiàn)的在線檢測、快速移動等需求，只能無奈說一句“臣妾做不到”了。

之所以傳統(tǒng)的FTIR光譜儀體積非常大，主要是其中的核心部分——光學(xué)干涉儀占據(jù)了非常大的空間。雖然業(yè)界中也一直在推進(jìn)小型化的工作，也推出了一些有助于縮小整機(jī)體積的內(nèi)部FITR光譜組件產(chǎn)品。但體積的縮小，往往會帶來入射光量和光能量損失的問題，許多產(chǎn)品也是在犧牲了靈敏度、信噪比等性能下實現(xiàn)的小型化。若想解決這個問題，內(nèi)部元件、光路的創(chuàng)新性設(shè)計，以及提高工藝水平都是關(guān)鍵。

經(jīng)過精心重構(gòu)光學(xué)干涉儀的設(shè)計思路，并采用always獨特的MOEMS技術(shù)，濱松成功開發(fā)出了一款高性能的微型化FTIR引擎。邁克爾遜光譜干涉儀和控制電路統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)置其中，僅手掌大小，卻實現(xiàn)了在1.1-2.5 μm區(qū)域超高的靈敏度，具有遠(yuǎn)超同類產(chǎn)品的高信噪比表現(xiàn)（10000:1），以及高光譜重現(xiàn)性。可內(nèi)置于便攜式FTIR儀器中，實現(xiàn)整機(jī)小型化的同時，也可保證高性能的實現(xiàn)。

濱松新型FTIR引擎C15511-01

左：FTIR引擎結(jié)構(gòu)圖

右：內(nèi)置在FTIR中的光學(xué)干涉儀結(jié)構(gòu)圖

這個FTIR引擎內(nèi)部到底是有什么樣的乾，什么樣的坤，才實現(xiàn)了這樣的性能的呢？下面我們來看看吧！

1、高靈敏度&高信噪比

上文我們也提到，入射光量和光能量的損失是小型化FTIR靈敏度和信噪比下降的一個重要因素。采用MOEMS技術(shù)，濱松開發(fā)出了一個直徑3 mm的微型可移動反射鏡，克服了縮小干涉儀尺寸而又不減少入射光量的挑戰(zhàn)。這是信噪比得以提升的關(guān)鍵。

我們還通過先進(jìn)的封裝技術(shù)，將可移動反射鏡和固定鏡直接鍵合在一起，從而成功地將鏡與鏡之間的相對角度誤差減小了約0.01度。光程差控制更加精確，靈敏度則得到提高。此外，還優(yōu)化了移動反射鏡的驅(qū)動器結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方法，以消除驅(qū)動反射鏡時出現(xiàn)的模糊，YZ了紅外光在光學(xué)干涉儀中的擴(kuò)散，進(jìn)一步減少了光損失。

當(dāng)然，體積也進(jìn)一步得到了縮小，57×49×76 mm，這樣的體型僅僅是一般臺式儀器的1/100。

2、高光譜重現(xiàn)性

一般的FTIR光譜儀基于干涉光（光學(xué)干涉信號）和可移動鏡的位置信息執(zhí)行傅立葉變換，以計算每個波長的紅外光強(qiáng)度。而新FTIR引擎利用半導(dǎo)體激光器，可以精確地檢測可移動反射鏡的位置，增強(qiáng)了測量結(jié)果的可重復(fù)性。

除了硬件設(shè)施外，為了更加方便使用。濱松還開發(fā)了與該產(chǎn)品相匹配的軟件，用于設(shè)置測量條件，獲取數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)圖。

評估軟件

為了滿足進(jìn)一步的市場需求，濱松此后也將持續(xù)提高FTIR引擎性能，進(jìn)一步減小其尺寸，以及將光譜響應(yīng)擴(kuò)展到更長的波長區(qū)域，敬請期待~