第四届“创意光电”科普大赛参赛作品展示（17）：利用一根光纤如何实现光谱的测量？

利用一根光纤如何实现光谱的测量？

涂益君

我们知道，光有很多种颜色，我们能看见的是可见光部分，波长范围为400-780nm，对于未知的光信号，我们可以通过光谱仪测得它的光谱。市场上常见的光谱仪为光栅光谱仪，由于光栅对不同波长的光有不同的衍射角度，光信号经过光栅的衍射作用，不同波长的光信号被分开来，被空间上不同位置的探测器探测。这种光谱仪它的光谱分辨率随光栅与探测器之间距离变化，高分辨率需要大的仪器体积，不利于需要手持测量的应用。近些年发展出基于散斑制作的光谱仪，散斑是指强度的随机颗粒分布，它被广泛应用于传感测量，这是一个基于多模光纤光谱仪的简单实验装置，激光器输出激光，经过单模光纤整形耦合到多模光纤，输出散斑成像于相机。可以看到这两个不同波长的光输出散斑不同，每一个波长的光信号对应输出的散斑相当于它的一个指纹，对于未知波长的光信号经过多模光纤后输出的散斑就可以通过此标记计算出波长信息。拥有了光谱测量技术，就可以应用于化学生物传感、材料分析等领域，光纤光谱仪是实现光谱仪的小型化，原位测量、低成本广泛应用的发展需求。

传统光栅光谱仪

原理：光栅对不同波长的光有不同的衍射角度，不同波长的光信号被分开来，被空间上不同位置的探测器探测。

光纤光谱仪

原理：光经过多模光纤散射输出散斑，不同波长的光输出散斑不同，每一个波长光输出的散斑相当于一个指纹。