光譜分析
關注創建者：匿名 創建時間：2025-12-11
光譜分析的實例教程
一般來說，光譜儀是一種用于研究光、物質或物體的波長相關特性的儀器；它的用途相當廣泛：
· 光譜儀是一種可以在空間上分離光的光譜成分的儀器，單獨分析光譜成分——例如使用照相底片或外部光電探測器。所使用的分光測色儀通常是衍射光柵或棱鏡。
· 光譜儀通常還包含一些用于分析光強的光電探測器。包含大型探測器陣列的光譜儀可用于記錄光源的光譜，而且無需在光柵方向掃描。當配備強度校準時，此類設備更具體地稱為光譜輻射計。
· 其他光學光譜儀用于分析物質或物體的光譜特性，例如與波長相關的透射率或反射率。它們更具體地稱為分光光度計，并在化學等領域得到應用。使用包含一些窄線寬 可調諧激光器的激光光譜儀可以獲得特別高的光譜分辨率和高靈敏度。然而，這些通常只能覆蓋相當有限的光譜區域。
還有光學和光子學領域之外的多種光譜儀，例如用于測量顆粒速度或顆粒尺寸分布的設備。然而，本文完全聚焦于對光進行光譜分析的光譜儀。當對物質或物體的分析感興趣時，請參閱有關分光光度計的文章。
使用光譜儀進行的測量通常會提供波長或頻率函數作為光的光功率譜密度(PSD) 。并非所有光譜儀都提供經過校準的 PSD；通常，強度讀數未經校準，而且對于波長來說可能與校準因子（響應度）有很大相關性。
還有光譜相位干涉測量方法，不僅可以測量功率譜密度，還可以測量光譜相位。
有些光譜儀也具有成像功能，稱為成像光譜儀。請參閱有關高光譜成像和多光譜成像的文章。
如果僅需要測量激光束的光譜線寬，而不需要測量詳細的光譜形狀，則可以使用其他方法，例如進行自外差線寬測量。通過這種方法，人們可以測量非常小的線寬，其遠低于典型光譜儀的分辨率。
光譜儀的類型
基于衍射光柵或棱鏡的光譜儀
大多數光譜儀都基于某種多色儀，即可以在空間上分離光的不同波長成分的裝置。
展開 關鍵詞：Gaussian、GaussView、傅里葉紅外光譜（FTIR）、光譜分析、量子化學
近年來，紅外光譜分析技術在材料科學和化學領域得到了廣泛的應用。紅外光譜是一種基于物質分子振動模式的分析方法，可以用于研究物質的結構、組成和性質。然而在實驗中，由于各種原因(如儀器限制、環境干擾等),實際測量到的光譜可能會與理論預測有所偏差。為了解決這個問題，我們可以使用Gaussian軟件對材料的紅外光譜進行模擬。通過對已知物質的紅外光譜數據進行擬合，我們可以生成一個描述物質紅外光譜行為的模型。然后，將這個模型應用于實際測量的光譜數據，就可以得到對實驗光譜峰震動情況的分析結果。本文以將介紹如何使用Gaussian軟件模擬材料的紅外光譜，并利用這個光譜來分析實驗的光譜峰的震動情況。
圖1 苯酚使用KBr壓片法測試所得的FTIR圖譜
圖1為苯酚使用KBr壓片法測試所得的FTIR圖譜，由圖可以看到苯酚這個極為簡單的小分子材料出現了很多峰，在缺乏一定的分析化學能力的情況下難以正確的對其進行分析。因此我們首先使用GaussView軟件對苯酚進行建模，如圖2所示。
圖2 苯酚模型
首先對結構進行優化，并且對優化后結構進行紅外光譜計算，計算完成后將log/out文件使用GaussView打開，調出光譜曲線，如圖3所示。理論模擬的光譜和實驗光譜常有一定整體的偏差，為了能夠盡量相符，我們往往需要一些調節：一是對光譜的高度乘上刻度系數，使模擬光譜的峰高能和實驗光譜有較好的對應（通常僅進行定性符合）；另外就是對模擬光譜的橫坐標也進行scale或整體加減一個數值，以消除躍遷能量計算的系統性的偏差；此外，有時候還需要調節FWHM和展寬函數使結果更好地接近實驗譜。
展開 紅外光譜分析
主要用于對被測物質分子進行分析和鑒定活動，常用于材料研發分析。由于測試樣品成分及來源復雜多變，不同類型樣品所適用的方法不同，紅外光譜分析制樣主要可以分為：壓片法、糊狀法、薄膜法（溶劑溶解成膜法、熱壓法制膜）、液體池法（液體測試、液膜測試）、氣體池法等 。
對于高分子材料及成品樣品的分析來說，主要以測試粉體、樹脂為主，日常測試的主要方法為熱壓法、溶劑溶解成膜法和KBr研磨壓片法。三種測試方法存在差異，當然也會導致測試圖譜存在一定的差異，國高材分析測試中心通過實際應用案例，探討不同方法之間的差異性，幫助各位在進行材料分析制樣時提供一些思路。
圖1 紅外制樣方法示意圖
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不同制樣方法及注意事項
1、熱壓法
采用熱壓法進行高分子材料測試時，需要先確定高分子材料種類，選擇合適的熱壓溫度（對于未知聚合物的測試，建議以160℃作為起始溫度，從低到高進行驗證）。
展開 光譜儀有許多種類，包括我們常用的手持式光譜儀與直讀光譜儀，便攜式光譜儀等，那么，你知道手持式光譜儀與直讀光譜儀有什么區別嗎?
直讀光譜儀:
? 直讀光譜儀是定量分析，測量結果準確，重復性好，長期穩定。
手持式光譜儀:
手持式光譜儀是定性和半定量分析。用于標識材料等級。該測試很方便，但是不能測量精度要求很高的材料。
一、檢測試樣的大小不同
直讀光譜儀對樣品量有嚴格的要求。樣品必須至少具有不小于激發腔的平坦表面，并且厚度不得小于1.5mm(通常建議不小于3mm)，并且手持式光譜儀的尺寸和厚度應與樣品。沒有如此高的要求，可以測試普通樣品。
二、檢測環境不同
??直讀光譜儀只能在實驗室使用，環境溫度和濕度的波動不應太大，嚴重影響檢測效果;手持式光譜儀可以檢測室內或室外工作。
三、測試樣品的損壞程度不同
??直讀光譜儀是一種破壞性測試。在激發過程中，將在材料表面形成直徑約8毫米的小凹坑。直讀光譜儀不適用于貴重和裝飾性金屬。手持式光譜儀是非破壞性測試。測試本身不會影響樣品。有任何不良影響。在靈活性方面，手持式光譜儀還具有很高的利用率。用于測試樣品的直讀光譜儀的尺寸必須適合該表。測試前必須銷毀過多和較長的樣本。
四、數據的準確性不同
??碳和氮的兩個元素只能通過直讀光譜儀檢測。建議使用直讀光譜儀來準確地確定非金屬元素，例如磷和硫，以及對準確性有較高要求的地方(要求數據波動低于0.05%);通常建議使用手持式光譜儀進行品牌識別或其他定性和半定性定量精度要求。
展開 光譜學作為一種無創傷性技術，是研究組織、等離子體和材料的最強大的工具之一。之前我們發布了文章如何設計一個光譜儀 - 雜散光分析，該文概述了光譜儀系統的序列模式 - 非序列式轉換、封裝的簡單設計、機械封裝元件散射光情況的定量分析以及光譜儀探測器的雜散光污染情況。
而本文旨在介紹如何在 OpticStudio 中對由市售光學元件組建的透鏡-光柵-透鏡（LGL）光譜儀進行公差分析，包含如何補償裝配和加工制造產生的誤差。聯系我們下載文章的附件。
介紹
公差是一個復雜的課題，可以存在多種方法對一個光學系統進行公差分析。我們在此討論的方法將針對確定實驗室環境下組裝的光譜儀，以及與鏡片加工公差相關的參數。
光譜儀及其公差分析前準備工作
本文用于公差分析的光譜儀是一個透鏡-光柵-透鏡 (LGL) 光譜儀，在880 nm波長下帶寬為50 nm。它被設計用于光學相干層析成像 (OCT) 應用。光譜儀的結構如下:
光譜儀將使用光學實驗板將光學元件安裝在光學平臺上，因此我們需要著重研究以下與公差相關的問題：
光譜儀的元件組裝在光學實驗板上時，它的性能會受到怎樣的影響?
光學元件的加工公差將如何影響光譜儀的性能?
如何減少或補償這些性能的下降?
準備公差分析用的鏡頭文件
打開從附件下載的示例文件 “Spectrometer_tolerancing.zar”，快速瀏覽文件。在公差分析過程中，我們需要采取的第一步是取消所有可變參數和主光線的求解，并將半直徑轉換為圓形孔徑:
一旦這一步完成，我們可以進行公差分析的第一部分：裝配公差。
裝配公差
簡要地講，在公差分析過程中，OpticStudio 會改變系統中光學元件的參數并計算出參數對系統性能的影響程度。
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在工業制造與資源勘探的快節奏環境中，傳統的實驗室送樣檢測因漫長的周期，往往成為制約決策效率的瓶頸，Evident（原奧林巴斯科學解決方案部門）推出的Vanta系列手持式X射線熒光（XRF）分析儀，通過將實驗室級的分析能力集成于堅固便攜的手持設備中，徹底改變了這一現狀，該系列設備不僅實現了對從鎂（Mg）到鈾（U）全元素范圍的精準檢測，更憑借卓越的耐用性和智能化的數據處理能力，成為了工業現場質量控制
衍射光柵的應用十分廣泛，涵蓋光譜分析到增強現實（AR）眼鏡等技術。
表面浮雕光柵（SRG）和體積全息光柵（VHG）
目前業內有兩種類型的衍射光柵：
表面浮雕光柵
體積全息光柵
表面浮雕光柵具有使用金剛石車削、3D打印或光刻技術等機械方法制造的小型周期性刻線。每種光柵中的刻線都不相同，使設計人員能夠根據預期應用和波長范圍定制光柵，實現對光的調控。
光譜成像技術如何重塑視覺邊界？13天前
</p><p><strong>（3）超光譜成像儀</strong></p><p>獲得的目標物的波段數在1000~10000之間，光譜分辨率在1nm以下，通常用于大氣微粒探測等精細探測領域及實驗室級分子光譜分析中。
原材料進場前，需經過光譜分析、硬度檢測、金相試驗等多道檢驗工序，不合格材料堅決拒收，為后續精度控制筑牢一道防線。
在加工環節，我們采用先進的數控加工設備與精加工工藝，全程實現自動化、標準化操作，大限度減少人為操作帶來的誤差。平臺臺面加工采用多道精銑、精磨工序，每一道工序都設定嚴格的精度參數，實時監測加工過程中的尺寸偏差，立即停機調整，確保每一道加工工序都符合精度標準。
[31] 勞倫斯伯克利國家實驗室的研究團隊于2026年2月開發了一種新型AI傳感器，能夠在圖像捕獲過程中執行AI計算和光譜分析。[32] 該技術當前TRL約為3-4。
對于關鍵的結構件，建議通過成分檢測（如光譜分析）確認材料一致性，避免牌號混用引發的性能偏差。</p><p><br></p><p><br></p>
摘要
可變角度橢圓偏振光譜儀（VASE）是一種常用的技術，由于其對光學參數的微小變化具有高靈敏度，而被用在許多使用薄膜結構的應用中，如半導體、光學涂層、數據存儲、平板制造等。在本用例中，我們演示了VirtualLab Fusion中的橢圓偏振分析器在二氧化硅（SiO2）涂層上的使用。對于系統的參數，我們參考Woollam等人的工作 "可變角度橢圓偏振光譜儀（VASE）概述。I.
摘要
可變角度橢圓偏振光譜儀（VASE）是一種常用的技術，由于其對光學參數的微小變化具有高靈敏度，而被用在許多使用薄膜結構的應用中，如半導體、光學涂層、數據存儲、平板制造等。在本用例中，我們演示了VirtualLab Fusion中的橢圓偏振分析器在二氧化硅（SiO2）涂層上的使用。對于系統的參數，我們參考Woollam等人的工作 "可變角度橢圓偏振光譜儀（VASE）概述。I. 基本理論和典型應用
實例系統
請參閱完整的用例：SiO2涂層的可變角度橢偏光譜(VAS)分析
分析器的示例輸出
分析器的示例輸出——穆勒矩陣
文件信息
延伸閱讀
SiO2涂層的可變角度橢偏光譜(VAS)分析
標簽：#光譜儀 #材料表征 #工業檢測 #科研設備 #國產儀器 #光譜分析 #環境監測
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