械扫描,不存在由于机械系统引起的波长不重复的误差:减少了光源强度不稳定引起的谱 线相对强度误差;可测量光谱变化的动态过程 多色仪及光源部分的光路见图.光源S经透镜L成像于多色仪的入射狭缝S1,入射光经 平面反射镜M转向90°,经球面镜M2反射后成为平行光射向光栅G.衍射光经球面镜M3和 M4成像于观察屏P.由于各波长光的衍射角不同,在P 处形成以某一波长λ0为中心的一条光谱带,使用者可 在P上直观地观察到光谱特征.转动光栅G可改变中心 波长,整条谱带也随之移动.多色仪上有显示中心波 长λ的波长计.转开平面镜M4可使M3直接成像于光电 探测器CCD上,它测量的谱段与观察屏P上看到的完全 CCD是电荷耦合器件( Charge- Coupled Device) 98×9耗尽 的简称,是一种以电荷量表示光强大小,用耦合方式 传输电荷量的器件,它具有自扫描、光谱范围宽、动h 态范围大、体积小、功耗低、寿命长、可靠性高等优 点.将CCD一维线阵放在光谱面上,一次曝光就可获 得整个光谱.目前,二维面阵CCD已大量用于摄像机 图4CCD结构图 和数字照相机 CCD的结构如图4所示,衬底是P型Si,硅表面是一层二氧化硅薄膜,膜上是一层金属 作电极,这样硅和金属之间形成一个小电容.如果金属电极置于高电位,在金属界面积累 了一层正电荷,P型半导体中带正电荷的空穴被排斥,只剩下不能移动的带负电荷的受主杂 质离子,形成一耗尽层,受主杂质离子因不能自由移动对导电作用没有任何贡献.在耗尽 区内或附近,由于光子的作用产生电子-空穴对,电子被吸引到半导体与SO2绝缘体的界面 形成电荷包,这些电子是可以传导的.电荷包中电子的数目与入射光强和曝光时间成正比, 很多排列整齐的CCD像元组成一维或二维CCD阵列,曝光后一帧光强分布图将成为一帧电 荷分布图 我们采用的是具有2048个像元的CCD一维线阵,其光谱响应范围为200~1000nm,响 值在550mm,动态范围大于20.每个像元的尺寸在14um×14um,像元中心距为14 um,像敏区总长为28672mm.多色仪中M2,M3的焦距302mm,光栅常数为1/600mm 在可见光区的线色散△λ/△l(光谱面上单位宽度对应的波长范围)约为555nm/mm,由 此可知CCD一次测量的光谱范围为555×2867约为159nm.光谱分辨率即两个像元之间 波长相差约0.077nm.在OMA中每个像元称为一“道”,本实验的系统是2048道OMA 每次采样(曝光)后每个像元内的电荷在时钟脉冲的控制下顺序输出,经放大、模数 (A/D)转换,将电荷即光强顺序存入采集系统(微机)的寄存器,经微机处理后,在显 示器上就可看到我们熟悉的光谱图.移动光谱图上的光标,屏上即显示出光标所处的道数 和相对光强值 使用者可通过屏幕提示来操作采集系统,一般操作界面主窗口下包括的菜单项有: (1)文件——一主要提供文件打开/关闭、结果打印和程序退出等功能 (2)运行—一主要包含一些数据采集子菜单项,如实时采集、背景采集和改变起始波 长等. (3)数据处理——一主要提供对采集到的光谱数据进行操作处理的功能,如定标、平滑、械扫描，不存在由于机械系统引起的波长不重复的误差；减少了光源强度不稳定引起的谱 线相对强度误差；可测量光谱变化的动态过程． 多色仪及光源部分的光路见图．光源S经透镜L成像于多色仪的入射狭缝S1，入射光经 平面反射镜M1转向 90°，经球面镜M2反射后成为平行光射向光栅G．衍射光经球面镜M3和 M4成像于观察屏P．由于各波长光的衍射角不同，在P 处形成以某一波长λ0为中心的一条光谱带，使用者可 在P上直观地观察到光谱特征．转动光栅G可改变中心 波长，整条谱带也随之移动．多色仪上有显示中心波 长λ0的波长计．转开平面镜M4可使M3直接成像于光电 探测器CCD上，它测量的谱段与观察屏P上看到的完全 一致． 图 4 CCD 结构图 CCD 是电荷耦合器件（Charge-Coupled Device） 的简称，是一种以电荷量表示光强大小，用耦合方式 传输电荷量的器件，它具有自扫描、光谱范围宽、动 态范围大、体积小、功耗低、寿命长、可靠性高等优 点．将 CCD 一维线阵放在光谱面上，一次曝光就可获 得整个光谱．目前，二维面阵 CCD 已大量用于摄像机 和数字照相机． CCD的结构如图 4 所示，衬底是P型Si，硅表面是一层二氧化硅薄膜，膜上是一层金属 作电极，这样硅和金属之间形成一个小电容．如果金属电极置于高电位，在金属界面积累 了一层正电荷，P型半导体中带正电荷的空穴被排斥，只剩下不能移动的带负电荷的受主杂 质离子，形成一耗尽层，受主杂质离子因不能自由移动对导电作用没有任何贡献．在耗尽 区内或附近，由于光子的作用产生电子-空穴对，电子被吸引到半导体与SiO2绝缘体的界面 形成电荷包，这些电子是可以传导的．电荷包中电子的数目与入射光强和曝光时间成正比， 很多排列整齐的CCD像元组成一维或二维CCD阵列，曝光后一帧光强分布图将成为一帧电 荷分布图． 我们采用的是具有 2048 个像元的CCD一维线阵，其光谱响应范围为 200~1000 nm，响 应峰值在 550 nm，动态范围大于 210．每个像元的尺寸在 14 μm×14 μm，像元中心距为 14 μm，像敏区总长为 28.672 mm．多色仪中M2，M3的焦距 302 mm，光栅常数为 1 / 600 mm， 在可见光区的线色散Δλ /Δl（光谱面上单位宽度对应的波长范围）约为 5.55 nm / mm，由 此可知CCD一次测量的光谱范围为 5.55×28.67 约为 159 nm．光谱分辨率即两个像元之间 波长相差约 0.077 nm．在OMA中每个像元称为一“道”，本实验的系统是 2048 道OMA． 每次采样（曝光）后每个像元内的电荷在时钟脉冲的控制下顺序输出，经放大、模数 （A / D）转换，将电荷即光强顺序存入采集系统（微机）的寄存器，经微机处理后，在显 示器上就可看到我们熟悉的光谱图．移动光谱图上的光标，屏上即显示出光标所处的道数 和相对光强值． 使用者可通过屏幕提示来操作采集系统，一般操作界面主窗口下包括的菜单项有： （1）文件——主要提供文件打开/关闭、结果打印和程序退出等功能． （2）运行——主要包含一些数据采集子菜单项，如实时采集、背景采集和改变起始波 长等． （3）数据处理——主要提供对采集到的光谱数据进行操作处理的功能，如定标、平滑、 - 82 -