二极管阵列光谱仪的工作原理

一般的，光谱仪是由两个透镜/反射镜组成的光学系统，在探测器上产生入射狭缝的图像，在透镜/反射镜之间放置一个光栅，光栅从不同的角度分散不同的波长，使得进入入射狭缝的不同波长的光成像到探测器阵列上的不同位置。

如下图中显示了两种常见的分光计的光路结构：一种为基于反射光栅的Czerny-Turner结构，另一种为基于透射光栅的LGL结构。

光谱仪设计步骤：

第一步：选择光路结构

第一步是在Czerny-Turner或LGL两种光路结构中进行选择。对于CzernyTurner，Θ的典型值约为30°，在LGL结构中通常使用透射光栅，其中对于一阶衍射α=-β=>Θ=0°。

第二步：选择光栅

大多数光栅供应商都有在线目录，您可以在其中找到一个或多个光栅选项来尝试您的设计。你应该选择衍射效率高的光栅。在下一步的设计中，您应该使用的重要参数是沟槽密度G，即每毫米的刻线条数。

第三步：计算衍射角

光栅上的入射角α和中心波长λ的衍射角βc是光谱仪设计中的关键参数。利用这些角度根据光栅方程可以计算光栅沟槽密度G并选择了总挠度Θ。

第四步：选择检测器

分光计设计的目的是将设计波长范围内的光分散到光电探测器阵列的宽度LD上。一般来说，若设计波长范围越大则需要的光电探测器的宽度LD越大。如果你需要一个紧凑的光谱仪，你应该考虑一个短的探测器(例如宽度为6.4毫米)。然而如果你需要一个宽的光谱范围和/或高分辨率，你应该考虑一个长的探测器(例如宽度为25.8毫米)。

第五步：计算聚焦透镜的焦距

一旦确定了探测器的宽度LD，就可以计算聚焦镜的焦距。

第六步：选择放大倍数

如前所述，光谱仪是将入射狭缝成像至检测器阵列上，我们通常希望狭缝尽可能宽，以便尽可能多的光线入射。因此，系统中的放大倍数最好接近1，这意味着理想情况下输入狭缝的宽度是1：1成像在检测器阵列上。

第七步：计算准直镜的焦距

与任何成像系统一样，放大率取决于系统中两个透镜的焦距之比。对于分光计来说，由于光栅中光束路径的偏转，这一比率必须稍作修改。然而，一旦选择了放大率，准直镜的焦距就可以很容易地计算出来。

第八步：计算入射狭缝宽度

入射狭缝宽度ω狭缝由所需的光学分辨率DL和放大倍数决定的。一旦确定了入射狭缝宽度，光谱仪设计基本完成，根据整个方案评估是否可行，若不可行则需要重新确定对光栅、探测器或放大的一些选择。