如何使用光谱仪-了解它的基本知识

光谱仪是照明光度色度参量测量的基础测试设备，伴随着仪器科学、电子技术以及软件信息技术的发展，光谱仪也发生着变革。照明产品从最初的白炽灯到气体放电灯、荧光灯、HID到现在的LED照明，引领了光源的变革；而专业的光谱仪也正逐渐满足着LED照明的测量需求，为LED照明的应用设计提供准确信息，发挥了重要作用。智能照明、色彩调节以及无线技术的发展为LED照明带来了无限机遇，在节能准确的照明效果实现上，光谱仪技术在LED照明领域发挥着重要作用。

LMS-6000 便携式光谱仪

光谱仪是一种用来测量光源光谱功率分布的设备。它能与相应的光采集器件（如积分球、漫射器、光强取样装置、亮度取样装置等）结合，以测量出光通量、照度、光强和亮度等光度参数，以及色品坐标、相关色温和显色性等色度参数。这些光度和色度参数是衡量照明用途和电器的重要指标。此外，将光谱功率与特定的功能效率函数相加权，可以获得其它参数。例如，通过将光谱辐照度和植物光合作用曲线相加权，可以获得光合作用有效辐射（PAR），在将光谱辐亮度和视网膜蓝光危害函数加权时，可以获得蓝光危害加权辐射。

测量光源的光谱仪一般包括入射狭缝、准直系统、色散系统、成像系统和光电探测器等多个部分。其中，色散元件的分类包括棱镜和光栅等，而由于光栅更容易获得均匀的色散，绝大多数光谱仪都使用光栅。根据光谱仪的采样元件的不同，可分为单色仪机械扫描式光谱仪和基于阵列探测器的快速光谱仪。

单色仪通常由入射狭缝、准直镜、光栅、会聚镜和出射狭缝组成，仅通过出射狭缝使某一单色光通过，之后放置单通道的光电探测器测量能量。机械扫描结构可以实现对不同谱带的扫描，但需要较长的测量时间，同时总体稳定度较差，容易受温度影响，需要频繁定标以确保准确性。通常这种光谱仪仅应用于实验室中，尤其是在LED照明测量中展现出更高的能力和优势。

基于阵列探测器的快速光谱仪是一种全新的光谱技术，它利用CCD、PDA等多通道探测器代替了机械扫描式光谱仪里的出射狭缝和单通道探测器，使得一次性就可接受所有测量波长范围内的色散光信号，从而实现毫秒级的快速测量。快速光谱仪具有较小体积，稳定的总体结构，可节省定标时间等优势，因此在小型、紧凑的激光系统中有着重要作用。但是，杂散光的控制也是一个重要的挑战，必须通过适当的方法来有效地抑制。

光谱仪是近几十年出现并发展起来的一种测量仪器。由于机械扫描式光谱仪在CIE 63-1984及其之后的标准中有描述，而快速光谱仪也是在2013年中北美标准LM-58中增加了关于此类仪器性能表征和定标方法的要求。对于光谱仪来说，最重要的技术指标包括：光谱分辨率、杂散光、动态范围、波长准确度和灵敏度等。为了评估快速光谱仪的性能，国际照明委员会（CIE）成立了技术委员会TC2-51。

光谱分辨率是指以瑞利判据为标准的分辩两条非常接近的谱线的能力。即第一条谱线的中心衍射极大值位于第二条谱线的第一阶极小值上。光谱仪的光谱分辨率若较小，会造成针对谱线的测量展宽，以及峰值波长功率的降低。可以通过带宽（bandwidth）表征光谱分辨率，它由对入射狭缝的响应函数、像素的响应函数和光学传递函数组合而成的带通函数构成。要拿出带宽信息则可以通过测量特征谱线或激光的半峰宽得知。光谱分辨率和读数分辨率（采样间隔）需要做到分辨，前者一般需要比后者低些。

杂散光是影响测量精度的一个主要原因，分为近场杂散光和远场杂散光。TC2-51采用远方光电建议的带通色轮技术来评价远场杂散光。特别是在短波长部分（紫外到蓝光）其测量影响大多数。由于S测器在短波部分的响应度要远低于长波部分，标准A光源在红光部分的光辐射强度远高于其蓝光部分，使得定标光谱仪可能在蓝光部分高估光谱功率，因此测量LED光源时，杂散光也会带来误差。单色仪杂散光要少一些，但现在快速光谱的杂散光经校正也可以降低至低水平。

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