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云南11选5任今日推荐: 光譜學術語和定義詞匯表

云南11选5遗漏投注技巧 www.crmze.com 光譜學術語和定義詞匯表
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光譜學術語與定義可以幫助大家理解那些在海洋光學的產品介紹與報告中經常提到的術語。但根據我們的經驗,即使是相同的術語,在不同產品的描述和定義上也會有細微的差別。因此如果您希望貢獻新的術語,或者對于定義有疑問的話,請發郵件到[email protected]來與我們聯系。

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absorbance
吸光度
autonulling
自動歸零
baseline drift
基線漂移
baseline noise
基線噪聲
baseline offset
基線回歸
blaze wavelength
閃耀波長
boxcar smoothing
平滑
chromaticity
色度
collimated
準直
cosine corrector
余弦校正器
countsdark current
暗電流
dark noise
暗噪聲
dark spectrum
暗光譜
diffraction grating
衍射光柵
diffuse
色散
dynamic range
動態范圍
electric dark correction
電子暗噪聲校正
electronic noise
電子噪聲
fixed pattern noise
固定圖形噪聲
fluorescence
熒光
fluorophore coating
熒光涂層
f-numberfull width at half maximun
半峰寬
integration time
積分時間
irradiance calibration
絕對輻射校準
noise
噪聲
numerical aperture
數值孔徑
optical resolution
光學分辨率
order sorting filters
消高階衍射濾光片
PAR
光合有效輻射
photon noise
光子噪聲
pixel well depth
像元阱深
quantum efficiency
量子效率
radiometry
輻射測量
raman
拉曼光譜
sensitivity
靈敏度
shot noise
散粒噪聲
signal to noise ratio
信噪比
slit
狹縫
spectral sensor
光譜傳感器
stray light
雜散光
?triggering
觸發
ultraviolet coating
紫外涂層

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Absorbance

吸光度

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吸光度(absorbance):是指光線通過溶液或某一物質前的入射光強度與該光線通過溶液或物質后的透射光強度比值的以10為底的對數(即lg(I0/I1)),其中I0為入射光強,I1為透射光強,影響它的因素有溶劑、濃度、溫度等等。

吸光系數與入射光的波長以及被光通過的物質有關,只要光的波長被固定下來,同一種物質,吸光系數就不變。

當一束光通過一個吸光物質(通常為溶液)時,溶質吸收了光能,光的強度減弱。吸光度就是用來衡量光被吸收程度的一個物理量。

吸光度用A表示。

A=abc,其中a吸光系數,單位L/(g·cm),b為光在樣本中經過的距離(通常為比色皿的厚度),單位cm , c為溶液濃度,單位g/L

A=Ecl

影響吸光度的因數是b和c。a是與溶質有關的一個常量。此外,溫度通過影響c,而影響A。

符號A,表示物質對光的吸收程度。lg(I0/I1)式中I0是通過均勻的液體介質的一束平行光的入射光的強度;It是透射光強度;T是透射比。A值越大,表示物質對光的吸收越大。根據比爾定律,吸光度與吸光物質的量濃度c成正比,以A對c作圖,可得到光度分析的校準曲線。在多組分體系中,如果各組分的吸光質點彼此不發生作用,那么吸光度便等于各組分吸光度之和,這一規律稱吸光度的加和性。據此可以進行多組分同時測定及某些化學反應平衡常數的測定。在吸光度測定中,為抵消吸收池對入射光的吸收、反射以及溶劑、試劑等對入射光的吸收、散射等因素,可選用雙光束分光光度計,并選光學性質相同、厚度相等的吸收池分別盛待測溶液和參比溶液。

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Autonulling

自動歸零

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自動歸零是用來調整光譜儀的基線回歸,對于特定的光譜儀,可以把基線回歸到用戶指定的水平。如果用戶需要用兩臺不同的光譜儀測量同一個光源的時候,需要用到這個功能。這個功能可以把不同光譜儀的基線調整成可以互相比較的狀態,這樣不同的光譜儀輸出的光譜圖才有比較的可能性。

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Background Spectrum

背景光譜

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背景光譜是指沒有樣品存在的時,光譜儀輸出的光譜。暗光譜不同的是,暗光譜代表在完全沒有光存在的情況下的光譜圖。

比如:在反射率測量的時候,用光纖連接的光源,但在室內光的環境下完成。在這種情況下,即使是測量純黑的樣品,室內光也會進入到入射光纖中。這時阻隔入射光纖將會阻隔所有光,連背景光譜都被計算在內,就導致了純黑的樣品同樣顯示有一些反射,因為周圍室內光線會被當做由樣品發出的。當提取背景光譜時,只有反射光線會被阻止進入光譜儀,在這種情況下,提取背景光譜時應該關掉光纖連接的光源,只考慮背景光。

作為對比,暗光譜是指在沒有光進入到光譜儀,由檢測器、電路、光學器件等導致檢測器產生的信號。

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Baseline Drift

基線漂移

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光譜儀的基線漂移是因為溫度改變導致的平均基線回歸的整體偏差。隨著溫度的增加,暗噪聲的影響將會增大。然而,取決于(不同)檢測器,電子補償可能會隨著溫度升高而增加,也可能會隨著溫度增加而減小。索尼ILX511B檢測器就是一個很典型的基線隨著溫度增加而降低的實例,因為負電子補償的影響掩蓋了因暗噪聲導致的基線小幅增加。理論上,溫度的變化可能會在檢測器上產生相同和相反的效果,因此不會產生基線漂移。

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Baseline Noise

基線噪聲

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基線噪聲是讀出噪聲、暗噪聲和電子噪聲的總和?;咴肷墓娣妒牽ㄍü韻虜街璧玫降模?,首先將光譜儀的積分時間設到最低(盡可能的減小暗噪聲)進行測量,然后隔絕進入光譜儀的所有光線,記錄下100次光譜數值。每個單一像素輸出的標準差的平均值提供了設備的最小基線噪聲?;咴肷⒉皇瞧分室蚴?,但它可以用于計算動態范圍。

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Baseline Offset

基線回歸(基線補償

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基線回歸指的是在沒有光入射的情況下,儀器顯示的數值。這些數值對于檢測器的每個像元略有不同。像元與像元之間回歸差異的最終形狀形成了固定圖像噪聲?;呋毓橛腥齷居跋煲蛩兀旱繾硬鉤?,暗電流和讀出噪聲。儀器的單個平均值可以通過平均檢測器所有的基線回歸計算出來。

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Blaze Wavelength (of a diffraction grating)

衍射光柵的閃耀波長

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對于刻劃光柵(刻蝕光柵),閃耀波長是光柵效率曲線的峰值波長??淌垂庹さ娜切偉疾鄣那閾倍仁塹湫偷撓美吹髡岣嚀囟úǔは綠囟ㄑ萇浼洞蔚牧煉?。全息光柵是正弦凹槽結構,因此它沒有刻劃光柵的亮度高,但它比刻劃光柵的散射光水平低,所以減小了雜散光。全息光柵沒有閃耀波長。

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Boxcar Smoothing

平滑

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平滑是一種可以應用于光譜的空間平均。該過程通過平均相鄰像素點的值來消除噪聲,因此它會以犧牲光學分辨率為代價來提高信噪比??占淦驕詮餛紫嘍云教掛約跋嘟裨浠閑〉那榭魷率褂檬欠淺S行У?,但由此產生是分辨率的損失會使得尖銳的光譜特征峰難以分辨。當應用空間平均時,信噪比會以像元平均的平方根為基數進行提高。請注意,在海洋光學軟件中,平滑寬度的值是指所有像元以中間為基準靠左或靠右的像元和的平均數。平滑值是4實際上是將9個像元一起平均(4個靠左像元+1個中心像元+4個靠右像元),信噪比將以3為倍數增加。同樣的,平滑值是2(5個像元)將使信噪比以2.2為倍數增加,平滑值是0(1個像元),信噪比以1為倍數增加(因此光譜不改變)。

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Chromaticity

色度

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海洋光學光譜儀可以測量樣品的色度或顏色。色度是一個光度參數(匹配人眼的響應),通常用CIE標準坐標表示。人眼中有錐體細胞,它充當一個紅,綠,藍顏色傳感器,你“看”到的每種顏色都是這些細胞綜合響應的結果。同樣的,光譜儀通過接收這些傳感器(根據它的光譜輸出)的光度響應來計算樣品的顏色,使其最匹配我們所看到的顏色。光譜儀還可以進一步操作,通過量化所看到的樣品的顏色,進而計算出以下參數:

?相關色溫(CCT)——當絕對黑體發射出光與樣品顏色一致時,黑體的溫度。與傳統意義上的“冷光源、熱光源”不同,光源如果發藍光可以被表述為冷光源,如果偏紅光可以被表述為暖光源,然而黑體從紅光到黃光到白光到綠光變化時,溫度卻逐漸升高。一個有很高相關色溫的藍光LED看起來比一個有很低色溫的紅光LED更“冷”。

?色彩飽和度——這是測量樣品的顏色有多豐富。越白的樣品,越接近色度圖的中間,越比接近色度圖邊緣的樣品有更少的“色彩飽和度”。這于飽和度不同。

?主波長——在這個波長下,可以用一條直線從CIE顏色圖表中的白色“中心點”穿過CIE樣品坐標,打在CIE圖表邊緣上。主波長不一定是光譜最高峰的波長。

色度通常由下面的圖表來說明,它包含了人眼能夠感知的每一種色調。在圖像的邊緣(從底角順時針移動),可見光波長依次增大。每一種可以看到的顏色都可以通過圖像邊緣的波長的顏色疊加而成。樣品通?;岣鯟IE的xyz坐標(通過x-y圖可以看出),盡管經常用L*a*b*圖。

樣品的感知顏色將隨著入射光的變化而變化,因此在進行顏色反射率測量時,表述出你用來照射你的樣品的光的信息是很重要的。

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Collimated

(準直)

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光進入樣品中或光譜儀中可能是準直的,也可能是色散的。準直光是指只包含了平行入射光的光束,而色散光包含了多個入射方向。

有些技術(例如吸光度),入射光一定要是準直光,準直光穿透樣品,并被另一側的光譜儀捕捉到。在進行這樣的測量時,為了確保海洋光學的光譜儀校準的準確性,準直透鏡一定要與兩根光纖相連,一根連接光源,一根連接光譜儀。

Cosine Corrector

余弦校正器

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余弦校正器是一個通過光學散射方式捕捉180度視場角內光信號的部件。余弦校正器通常是和光纖配套使用,或者在特定情況下,直接和光譜儀的光纖連接在一起。在測量平面的輻射時,余弦校正器是非常需要的一個配件。

Counts

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檢測器的輸出信號,根據光子數量轉換成電子的輸出信號

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Dark Current

暗電流

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暗電流是因為隨機熱波動提供足夠的能量,提升電子穿過帶隙,進而形成電子空穴對。電子空穴對被局部電場分隔開,自由電子儲存在像元阱中。光譜儀沒法從入射光子產生的電子中分辨出熱波動產生的電子,因此在它們在光譜儀的光譜中表現為噪聲。在給定溫度下,電子空穴對的產生率被稱作暗電流。散粒噪聲導致暗電流的波動,從而形成暗噪聲。因為暗電流是由連續產生的電子空穴對形成的,所以更長的積分時間將導致更多數量的形成暗電流所需的電子產生。CCD的熱電冷卻能顯著降低暗電流和暗噪聲,在實踐中,高性能的光譜儀通常將溫度冷卻在暗電流在一次典型積分間隔中是微不足道的程度。用TEC制冷可以大幅度的減低暗電流。

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Dark Noise

暗噪聲

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暗噪聲是由于CCD的硅結構內熱產生的電子 - 空穴對的數量的統計變化形成的。暗噪聲與光子產生的信號無關,但與設備溫度有很大的關系。在給定的CCD溫度下,電子的產生率被稱作暗電流。暗噪聲是散粒噪聲的一種形式,它與暗電流有直接關系,它的大小等于積分時間內電子產生的數量的平方根。CCD的熱電冷卻可以顯著減小暗電流和暗噪聲。在光譜儀中,在光子能是很低且暗噪聲可以輕易掩蓋有效信號時,熱電冷卻可以將暗電流減小到在整個積分間隔時間內可以不計的程度。

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Dark Spectrum

暗光譜

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暗光譜是指在沒有光入射(無論是從樣品發出,還是周圍的環境光源發出的光都不存在)的情況下,光譜儀在給定積分時間內一系列的光譜的波長數值。暗光譜被用來校正基線回歸和固定圖形噪聲。暗光譜在其他海洋光學文獻中也被稱作“暗信號”。值得注意的是,暗光譜不同于背景光譜,背景光譜代表了在沒有參考光源時光譜儀的信號。

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Diffraction Grating

衍射光柵

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在光學中,衍射光柵是一個有周期條紋結構的光學元件,它可以使光發生衍射并在不同的方向上分成不同的光束。這些光束的方向取決于光柵的條紋間距和光的波長(對光譜學來說最重要)。在光譜儀中,光柵充當一個分光元件。總之,衍射光柵是一種由密集﹑等間距平行刻線構成的非常重要的光學器件,分反射和透射兩大類

Diffuse

色散

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光進入樣品或光譜儀時可能發生色散或準直。色散光包含了多個方向的光束,而準直光只包含平行入射的光束。

為了得到自由空間的測量,在光譜儀上連接一個海洋光譜色散儀配件。這可以捕捉180°視野范圍的光纖。色散儀同樣可以用來捕捉平面發出的光譜。(光譜儀配件,CC-3-UV-S,漫反射塑料片,使光譜儀可以捕捉180°的散射光,收集到的光符合朗博特性)

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Dynamic Range (Single Acquisition/System)

動態范圍

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動態范圍是指最大可檢信號(接近飽和時)值除以最小可檢信號 ,這可以認為是被光譜儀分解成的不同強度單元。最小可檢信號定義為平均值等同于基線噪聲的信號,這代表了信噪比為1。我們一般認為最弱信號是指3倍于噪聲信號

單次信號采集的動態范圍是指在最短的積分時間內得到最大可能的動態范圍。整個系統的動態范圍是指在最長的積分時間下最大信號與最小信號的比,乘以最長積分時間與最短積分時間的比

信號采集的動態范圍=飽和狀態下信號強度/最短積分時間下的基線噪聲

系統的動態范圍=(飽和狀態下的信號強度/最長積分時間下的基線噪聲)x(最長積分時間/最短積分時間)

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Electric Dark Correction

電子暗噪聲校正(電子暗噪聲扣除)

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電子暗噪聲:由于不需要的像元素產生的噪聲

光譜噪聲:包含:電子暗噪聲、由于光的不穩定性造成的噪聲,

為了補償隨時間變化的回歸基線產生的變化,海洋光學光譜儀都有一組有不參加光譜圖的像元(這些像元接收不到光)。將這些暗像元的輸出值作平均,并在電子暗噪聲校正激活狀態下從檢測器中所有像元的輸出值中減去。這會導致檢測器所有像元總數的基線回歸(沒有光入射)讀數下降到零左右,更重要的是,整個試驗中任何可能產生的基線回歸的變化都會被自動補償。強烈推薦用電子暗噪聲校正。

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Electronic Noise

電子噪聲

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組成電子噪聲的其中一種噪聲是在A/D轉換器的信號通道中產生的。這可能是由于設備中其他電子元件耦合的噪聲,放大器噪聲或A/D轉換錯誤的結果導致的。這些早生轉換完全相同的電荷并不一定得到完全相同的A/D轉換結果。量化誤差也是產生電子噪聲的原因之一。

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Fixed Pattern Noise

固定圖形噪聲(FPN)(固定型譜噪聲)

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每一個像元相當于一個單獨的檢測器,在相鄰像元之間的基線回歸和靈敏度可能稍有不同。這里靈敏度的不同被稱作圖片響應的非一致性(PRNU)。這會產生數據的非隨機結構。它的影響可以通過在軟件中減去暗光譜和進行照度定標來補償。

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Fluorescence

熒光

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熒光是指吸收光和后來的發射光是兩個不同的頻率或波長。這通常出現在一個實驗裝置中,一種低波長帶的入射光在一個方向上被吸收,另一種更高波長帶的光在所有方向被發射出。在樣品吸收紫外光(人眼不可見),發射可見光的時候,這種情況更加明顯。

樣品分子可以是激發電子,由于入射光子的影響而振動,通過加熱周圍樣品而變成更低的振動狀態,然后電子返回基態,發射比吸收的光子更低能量(更高波長)的光子。

熒光可以用于研究一些樣品,因為熒光分子會吸收特定波長的光,發射另一種光。通過已知的入射光波長,根據樣品發出的光譜可以鑒定出樣品的組成。因為熒光發生在分子范疇(通常一種光子入射,一種光子發出),這是唯一一種可以鑒定單分子的光譜技術。另請參閱熒光測量技術。

Fluorophore Coating

熒光涂層

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熒光粉涂層是應用在檢測器上用來提高紫外波段的靈敏性。這種涂層能夠發射出被檢測器紫外末端的像元識別的更低頻率的光子。參考紫外涂層。

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F-number

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F-number是光學組件的直徑和它的焦距之間的比值,這和數值孔徑是有關系的。比如:在很多海洋的光譜儀上,準直鏡是F/4(有時候會寫成?:4或者?-4)。這意味著焦距是準直鏡的直徑的4倍。一個光學組件的F-number越小,它越容易收集到光,但是比F-number大的部件更容易收到像差的影響。在所有光學系統中,有效F-number是光學系統的最大F-number決定的。

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Full Width at Half Maximum (FWHM)

半峰寬

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在分析圖表中的光譜峰時,半峰寬(FWHM)是一個描述波峰的形狀和總值的有效方式。半峰寬是由波峰強度為峰值最大值一半處的兩邊兩個最大值的波長差計算得到的。它不但能測量波峰高度,也可以測量波峰寬度。同樣的,四分鐘一峰寬(FWQM)也可以用來描述波峰的傳播。

此外半峰寬也可以用來表示光譜儀的分辨率,它與光柵的波長范圍、檢測器的像素數、狹縫寬度都有關系。

半峰寬是值強度為峰值最大值一半處的波長差,同時半峰寬也是光譜儀分辨率的表征,它跟光柵的光譜范圍、檢測器的像素數量以及狹縫的寬度都有關系。詳細可參考光譜分辨率

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Integration Time

積分時間

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積分時間是檢測器在將累積的電荷通過A/D轉換器加工之前,被允許收集光子的時間長度。最小積分時間是設備支持的最短積分時間,它取決于檢測器讀出所有像素信息的快慢,積分時間與數據傳輸速度是不同的概念。

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Absolute (Spectral) Irradiance Calibration

(絕對輻射校準)

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絕對輻照度校準是指用一臺已知光譜輸出功率的燈來校準光譜儀每個像元下的響應強度。絕對輻射校準改變了整個光譜的形狀和大小,校正了儀器的單個儀器響應函數(IRF)。通過絕對輻射校準后的光譜的單位是單位面積單位波長的功率輸出,通常單位表達為μW/cm2*nm。請注意,絕對輻照度不是這個量值的技術性的正確術語,這個量值是依賴波長的,它的正確術語應該是絕對光譜輻照度。

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Noise

噪聲

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噪聲是一個通用術語,描述的是所有在光譜儀中不期望出現的信號。它可能是經常隨著光譜信號出現的信號,也可能是不經常出現的光譜信號。它的來源主要有以下幾種:

  • 暗噪聲:熱效應引起的噪聲。由于檢測其中的熱效應而產生的電子引起的噪聲,而不是因為入射光產生的信號,一般隨著溫度的上升而增加,可以用TEC計數降低。
  • 光子噪聲:在既定時間內,光子撞擊到檢測器時,由于統計學誤差引起的噪聲,當入射光增強是,光子噪聲增強。
  • 電子噪聲:由A/D轉換器和電路板的錯誤而產生電子,被光譜儀誤以為是信號的噪聲。
  • 偏差:由于不同光學器件造成的在不同波長上的的聚焦偏差。
  • 雜散光:光由于反射、衍射、折射而出現在檢測器上不應該出現的位置產生的噪聲。是系統噪聲的一種。
  • 硬件的不完善和瑕疵:像素壞點或者在聚焦鏡上的劃痕都可能造成光譜噪聲。
  • 讀出噪聲:由于讀出像元的累積電荷而產生的噪聲,這個噪聲是由于檢測器的讀出過程產生的,首要影響因素是前置放大器。

一般情況下,噪聲可以通過一些光譜學平均算法和控制設備溫度來減弱。

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Numerical Aperture (NA)

數值孔徑

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光學元件(比如透鏡或光纖)的數值孔徑是一個無單位的量,它描述了光學元件可以發射和接收光的角度范圍。比如:一個有很高數值孔徑的光纖,具有更大的接收入射光的錐形接受角。所有的海洋光學標準玻璃光纖電纜的數值孔徑都為0.22,在空氣端產生12.7°的接受角。在任何復合的光學系統中有效數值孔徑都是由光學系統中最小的數值孔徑決定的。對于透鏡和反射鏡,一個與數值孔徑有關的量,稱作F數,也可以用來描述入射光的錐形接受角。

數值孔徑=接受角的正弦值

海洋光學的光纖的數值孔徑是0.22,跟光譜儀相匹配,發散角(接受角)是25.2度,可以根據這個角度計算,照射時光斑的大小,或者被測物的距離、可觀測尺寸等信息。

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Optical Resolution

光學分辨率

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光譜儀的光學分辨率是指測量曲線的半峰寬(FWHM),它是由光柵刻線密度和入射光口徑(光纖或狹縫)決定的。光分辨率隨著光柵刻線密度的增大而增大,但是增加光柵刻線密度的同時,光譜范圍會隨之降低。光分辨率同樣隨著狹縫寬度或光纖直徑的減少而增大,但減少狹縫寬度或者光纖芯徑的同時,信號強度會降低。光分辨率通過下面的公式計算出來:

OR = SR/n x PR

OR=光譜儀的光分辨率(單位:nm)

SR=光柵分光范圍(單位:nm)

n=檢測器原件的數量(單位:像素)

PR=光譜儀和狹縫的像素分辨率(單位:像素)

這個比值海洋光學稱之為色散,單位是:納米/像素。這個數值對檢測器和光柵的結合是很重要的。

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Order Sorting Filters

消高階衍射濾光片

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這類濾光片用于檢測器的窗口上,其作用是消除二級和三級衍射效應。這種設計可以消除較低波長的光撞擊到應該接受較高波長光的檢測器的位置。比如,如果沒有這種濾光片,253.652nm波長的汞燈光源的光將會同時出現在檢測器的253.653nm和507.304nm波長處。

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PAR? 光合有效輻射

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光合有效輻射是測量被一偏平原吸收、并且作用于光合作用的入射光的總量。因此在農業研究中,它是一個非常有用的參數。

光合作用是一個量子過程:被葉綠素吸收的光子的數量(不是能量)決定光合作用化學反應的速率(被吸收的400nm波長的光子與500nm的光子具有相同的效率,多余的能量被當做熱量散發)

PAR是指在單位時間內射入單位面積的,在400-700nm波長范圍內的光子的總數。因此,我們假設在這個波長范圍內所有光子具有相同的效率,在這個范圍外的光子沒有效率。更重要的似乎PAR不會提供任何有關吸收效率的問題,僅僅是潛在的,有用的光子的數量。它是一個“寬帶數量”而不是光譜。一個PAR度數將會提供經過計算的落在給定地點的光譜圖內的所有有效光子的數量。

PAR的單位是μmol.s-1.m-2。在各個波長的光子數量是通過分隔在各個波長的光的能量計算的。

Photometry

光度測量(包含:絕對輻射、相對輻射)

光度測量是通過人眼來詮釋對光的研究和分析。因此它是輻射測量的范疇??杉餛撞煌糠值牧煉雀萑搜鄣母兄煉齲ㄏ煊δ埽├蔥W計ヅ?。測量方式分為絕對輻射測量和相對輻射測量。

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Photon Noise

光子噪聲

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光子噪聲是散粒噪聲的一種類型,它是由于CCD中光子到達率的固有統計變化引起的。光子到達檢測器的時間間隔符合柏松分布,因此光子噪聲等于入射光子數的平方根。當光子信號很小時,光子噪聲相較于光子信號是很大的,導致系統的信噪比降低。由于它們不同的增長速率,然而,當光子信號數量變得很大時光子噪聲相對于光子信號就變得不那么重要了。盡管隨著更多的光撞擊檢測器時,光子噪聲的數量在增多,光子信號會以更大的比率增加,從而導致信噪比增大。要注意很重要的一點,在小信號水平時,暗噪聲是主要的噪聲源,但在大信號水平時,光子噪聲占主導。通常,術語“散粒噪聲”經常被用來代替光子噪聲。

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Pixel Well Depth

像元(像素)阱深

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檢測器中每個像元可以儲存的電子的最大數目叫做阱深。像元阱深決定了可用于像元單次讀出結果或能接收的最大信號。CCD的動態范圍也與阱深剛好成正比。入射光的強度和積分時間決定了每一個像元采集電子的數目。如果入射光產生的電子超出了像元阱深所能承受的范圍,像元就會飽和。在測量過程中一定不要讓光譜儀出現飽和(甚至沒有被用到的任何一段光譜 即使光譜的一部分沒有被使用),因為這會影響光譜的其余部分。

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Quantum Efficiency

量子效率

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量子效率是衡量檢測器能夠響應入射光子產生電子的能力。更高的量子效率值意味著檢測器更靈敏。檢測器的靈敏度對不同波長的入射光有所不同,所以量子效率最好用曲線表示,而不是用單個量子效率值表示。對于光譜儀,量子效率并不是一個品質因數性能系數,因為它只是決定光譜儀整體性能的其中一個指標。

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Radiometry

輻射測量

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輻射測量是研究電磁輻射的科學,包括可見波普。它的含義是電磁波譜中的能量分布,與光度測量不同,光度測量定義了人眼能夠看到了可見光的接收強度。

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Raman?? 拉曼光譜

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光照射到物質上發生彈性散射和非彈性散射. 彈性散射的散射光是與激發光波長相同的成分,非彈性散射的散射光有比激發光波長長的和短的成分, 統稱為拉曼效應。拉曼效應是光子與光學支聲子相互作用的結果。

拉曼光譜-原理 拉曼效應起源于分子振動(和點陣振動)與轉動,因此從拉曼光譜中可以得到分子振動能級(點陣振動能級)與轉動能級結構的知識。用虛的上能級概念可以說明了拉曼效應:

設散射物分子原來處于基電子態,振動能級如圖所示。當受到入射光照射時,激發光與此分子的作用引起的極化可以看作為虛的吸收,表述為電子躍遷到虛態(Virtual state),虛能級上的電子立即躍遷到下能級而發光,即為散射光。設仍回到初始的電子態,則有如圖所示的三種情況。因而散射光中既有與入射光頻率相同的譜線,也有與入射光頻率不同的譜線,前者稱為瑞利線,后者稱為拉曼線。在拉曼線中,又把頻率小于入射光頻率的譜線稱為斯托克斯線,而把頻率大于入射光頻率的譜線稱為反斯托克斯線。

附加頻率值與振動能級有關的稱作大拉曼位移,與同一振動能級內的轉動能級有關的稱作小拉曼位移:

大拉曼位移:(為振動能級帶頻率)

小拉曼位移:(其中B為轉動常數)

簡單推導小拉曼位移:利用轉動常數

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Sensitivity

靈敏度

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光譜儀的靈敏度是一個衡量可見光輸入與光譜輸出關系的參數,可以在海洋光學軟件中看到這個參數。

檢測器靈敏度,不是指光譜儀靈敏度,通常是可以通過以下兩種方法表示的:

1.單位入射輻射功率(單位:瓦)的輸出電流(單位:安)

靈敏度可以由在給定輻射功率的發光光源條件下,檢測器輸出的電流值來確定。這種方法測得的單位通常是A/W(這經常作為檢測器的響應率,見NEP)。當靈敏度被表達成A/W時,檢測器的量子效率和靈敏度由以下公式得出:

QE = Sx1240/λ x 100 (%),這里λ是波長,單位是nm。

2.單位入射曝光量(單位:lux.s)的輸出電壓(單位:V)

靈敏度也可以由在一定大小的曝光量下,檢測器的輸出電壓值來確定。通常這種方法測得的靈敏度單位是V/lux.s。

3、靈敏度可以表示成生成每隔count時需要的入射光的光子數量。海洋光學說明書通常顯示在特定波長下(通常在400nm和600nm)counts(計數值)(在OceanView 或SpectraSuite軟件中y-軸的數值)與入射光子數量的比值。這個定義是最有用的定義,因為它直接反應了用戶在海洋光學軟件上看到的結果。

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Shot Noise

散粒噪聲

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散粒噪聲是統計產生的變化,它存在于任何離散的隨機系統中。與光譜儀有關的散粒噪聲的類型有光子噪聲和暗噪聲。

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Signal to Noise Ratio

信噪比

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信噪比(SNR)的定義是,在一個特定的信號水平,信號強度與噪聲強度的比值——因此它會隨著測量不同而有所不同。由于光子噪聲的原因,噪聲通常以信號函數的形式增長,信噪比函數實際上是單個信噪比值與它們獲得的該信號的曲線圖。海洋光學數據表中記載的光譜儀信噪比值是最大可能的信噪比值(在檢測器飽和狀態下獲得)。假設每一個像元的信噪比響應曲線都相同。

具體測量如下:當挑選好光源,以便在最低的積分時間或積分時間遠低于熱噪聲限制的積分時間內使光譜峰值飽和(光譜仍需要有低于0 counts(計數值)或其左右的區域);想要計算信噪比,需要取100個沒有光入射的掃描,計算出每個像元的平均基線值,再取100個有光入射的掃描,計算出每個像元輸出值的平均值和標準差;然后信噪比由以下公式給出:

SNRρ = (S – D)/σρ

這里

SNR=信噪比

S=樣品的平均光譜響應強度(有光入射)

D=暗光譜的平均值(沒有光入射)

σ=樣品的標準差(有入射光)

ρ=像元數量

想要獲得完整的信噪比與信號圖,畫出計算得到的SNRρ值(噪聲)和Sρ – Dρ值(信號)。這將涵蓋了一個很寬的峰值范圍(從光譜暗狀態到近乎飽和)。因為所有的像元都有相同的響應曲線,所以信噪比和信號圖的數據可以來自不同的像元。因為在信號大值的時候,光子噪聲是主要的噪聲來源,故理想的光譜圖應該與y = √x的圖形相似。

請注意,應用不同類型的信號平均方法可以提高信噪比。在基于時間的信號平均時,信噪比將以光譜掃描次數的平方根增加。舉例說明,信噪比為300:1,如果將100次掃描取平均時,信噪比會變成3000:1。在基于空間的信號平均時,信噪比將以取平均的像元數量的平方根增加。

雖然這些方法對于獲得精確數據是有用的,但它會混淆不同光譜儀的比較。海洋光學給出了所有光譜儀的沒有通過信號平均方法獲得提升的信噪比值。我們的一些競爭對手利用信號平均的方法,人為的提高一些質量較差的光譜儀的信噪比。

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Slit

狹縫

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狹縫的寬度與光學分辨率有關,寬度越小,分辨率越大,但是進入光譜儀的光線越少,靈敏度也就越低。大多數海洋的設備:狹縫高度為1000微米,寬度從5微米到200微米。對于沒有狹縫的光譜儀來說,光線的直徑限制了進入光譜儀的光量,所以,光纖直徑起到了狹縫的作用.

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Spectral sensor?

光譜傳感器

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光譜傳感器是海洋光學產品系列中的新增產品。這類產品是微型光譜儀設備,并且有單獨的配件產品線。第一款產品是SPARK-VIS。

這類產品在設計之初就為了這些目的:批量生產、低成本、小體積。SPARK-VIS是我們最低成本的光譜儀,并且精簡版本是最輕的光譜設備,僅重1克。

在工作原理方面,光譜傳感器與其他光譜儀不同,它用的不是光柵,用的是固態光學組件,這是海洋光學的系技術。這個傳感器用于定性和定量測量。

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Stray Light

雜散光

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雜散光是指光意外落在檢測器上的任意位置,并導致錯誤的讀數。檢測器可能無法區分出落在一個像元上的多個波長,它只能簡單的測量出入射光的強度;因此當光照在檢測器錯誤的對應波長處,檢測器就會錯誤的輸出這個波長處的讀數。這種雜散光是典型的通過一個特定光源發出,但經過光譜儀分光后照在檢測器錯誤的位置,或者也可能完全由兩個不同的光源發出。這些光經?;岬賈孿低車畝段е諧魷忠桓鲇行Чぷ鞣段?,這會限制系統的暗程度進而降低系統信噪比。顏色或吸光度的絕對值可能會受雜散光的影響。如下為引起雜散光的主要原因:(測試標準:用標準濾光片或者標準溶液)

?2階和3階衍射

?衍射光柵的缺陷

?光譜儀的內部反射

?光譜儀外殼漏光(外界光進入到光譜儀)

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Triggering? 觸發

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觸發是許多海洋光學的光譜儀可以應用的一個特點,跟一般的光譜過程有關。第一類:一個采樣系統之外的事件(按鍵或者脈沖激光)可以觸發光譜儀,使光譜儀開始數據采集過程。這種觸發是海洋光學的“外部觸發”。另一種觸發是光譜儀引入一個外部設備(比如燈)去指示光譜儀立即采集數據。這被稱為是“外部事件觸發”。

下面是應用在海洋光學光譜儀上的五種觸發模式:

1、外部硬件邊緣觸發

光譜儀設定積分時間。當觸發器的輸入針腳上有一個尖銳的電壓上升的信號時,光譜儀開始采集信號。這種觸發是每當一個信號產生,光譜儀開始采集一個光譜信號(如果設定了多個采集過程)。當你使用一個脈沖激發信號或者光源、當你在做激光致熒光或磷光、當你想要你的采集過程與外部信號同步時,你可以用這種觸發模式

2、外部硬件水平觸發

光譜儀設置積分時間,當光譜儀接收到觸發器電壓信號時,開始采集數據,當信號消失時結束采集光譜數據。當你需要一個連續采集譜圖時(在特殊情況下),比如樣品達到某種特殊的,你想要測量的狀態時,你可以用這種方式觸發。

3、外部軟件觸發

積分時間在軟件中設定。當軟件接收到觸發信號時,傳輸一個數據采集系統的光譜,并且觸發發生在這個過程中。當你應用一個連續指示光源,并且光源的強度在觸發前,觸發過程中,處罰之后是連續變化的,你可以用這種觸發模式。

4、外部同步觸發

光譜儀在接收到外部信號后開始采集數據,當再次接受到信號后結束采集數據。在第二次接收到信號時,結束第一次采集,同時開始此二次采集數據。這種情況下,不用設置積分時間,因為觸發器可以啟動開始或者停止。當你必須要你的光譜掃描和外部信號同步時,當你用一個內部放大器或者用斬波器時,你可以用這種觸發模式

5、正常/隨機/連續

光譜儀連續采集數據,當沒有任何外部需求時,可以使用。

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Ultraviolet Coating

紫外涂層

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在硅型CCD檢測器中,量子效率在450nm以下顯著降低,在400nm以下降到零附近。對于要求在紫外范圍有響應的光譜儀,在檢測器低波長的部分涂覆了能夠增大紫外性能的材料。這種材料被稱作熒光劑,(引起熒光效應)并且它能響應檢測器的紫外端的像元上的紫外曝光(發射可見光,對在檢測器紫外末端的像元上的紫外曝光進行相應。),發射出可見光并產生熒光。因為檢測器在可見光波段對光子有很高的敏感度,發射出的光子會被檢測器立即捕捉,并被軟件當作紫外光進行處理。海洋光學所用的紫外涂層的性能不會因時間的推移而顯著降低。另一種提高光譜儀紫外性能的方法是用背照薄型檢測器。

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光纖光譜儀