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1、光谱仪简要介绍光谱仪简要介绍光谱仪基础知识光谱仪基础知识&FieldSpec4工作原理及技术工作原理及技术光光谱仪基基础知知识光谱是按照波长（或波数、频率）顺序排列的电磁辐射。电磁辐射实际是一种以巨大速度通过空间而传播的能量（光量子流），具有波动性和微粒性。电磁磁辐射射l就波动性而言，电磁辐射在空间的传播具有波的性质。V/C=1/l就微粒性来说，每个光量子均有其特征的能量，它们与波长或频率之间的关系可以用普朗克公式表示。hvh（c/）电磁辐射按波长顺序排列称电磁波谱。他们是物质内部运动的一种客观反映。如果已知物质由一种状态，E2过渡到另一种状态E1时，其能量差为E=E2-E1便可按照普朗克公式
2、计算出相应的光量子的波长。下表列出了各辐射区域、波长范围及相应的能及跃迁类型。电磁波磁波谱区域区域光光谱仪定定义：光与物质相互作用引起物质内部原子及分子能级间的电子跃迁，使物质对光的吸收、发射、散射等在波长及强度信息上发生变化，而检测并处理这类变化的仪器。光光谱仪基本功能：基本功能：将复色光在空间上按照不同的波长分离/延展开来，配合各种光电仪器附件得到波长成分及各波长成分的强度等原始信息以供后续处理分析使用。l依据波长可以决定是那一种元素，这就是光谱的定性分析。l另一方面谱线的强度是由发射该谱线的光子数目来决定的，光子数目多则强度大，反之则弱，而光子的数目又和处于基态的原子数目所决定，而基态原
3、子数目又取决于某元素含量多少，这样，根据谱线强度就可以得到某元素的含量。光光谱仪的的类型型波段接收和记录光谱的方法色散原理棱镜光谱仪衍射光栅光谱仪干涉光谱仪光电直读光谱仪光电单色仪分光光度仪看谱仪摄谱仪光电光谱仪光谱仪器所能正常工作的光谱范围：真空紫外（远紫外）光谱仪紫外光谱仪可见光光谱仪近红外光谱仪红外光谱仪远红外光谱仪光光谱仪类型：型：1.入口狭缝：通常由一个长狭缝组成的入口。2.校准元件，用来将所有通过入射狭缝的光保持平行。n透镜、反射镜或是一个色散元件（dispersingelement）的部分或整体器件，例如：凹面光栅光谱仪。3.色散元件（两种），棱镜的工作光谱区受到材料透过率的限制
4、；在小于120nm真空紫外区和大于50微米的远红外区是不能采用的，而光栅不受材料透过率的限制，它可以在整个光谱区中应用，光栅的分辨率比棱镜大。通常采用光栅，使光信号在空间上按波长分散成为多条光束。n光路径由其波长决定4.聚焦元件:聚焦色散后的光束，使其在焦平面（focalplane）上形成一系列入射狭缝的像，其中每一像点对应于一特定波长。5.探测器阵列：放置于焦平面，用于测量各波长像点的光强度。n该探测器阵列可以是CCD阵列或其它种类的光探测器阵列，也可以是一个出口狭缝。分光光分光光谱仪的构成：的构成：复色入射光进入入射狭缝后，经过准光镜变成复色平行光，照射到衍射光栅色散后，形成不同波长的平行
5、光并以不同的衍射角度出射。n衍射光栅安装在一个转台上。n物镜将照射到它上面的某一波长的光聚焦在CCD探测器记录波长光强度，记录光栅不同旋转角度的输出光信号强度，即记录光谱。n光栅就不同波长的光信号旋转，依次聚焦在出射狭缝，通过输出狭缝选择特定的波长。振幅型光栅全息光栅Laminar光栅闪耀光栅光栅分光光栅分光一般说来，任何一种具有空间周期性的衍屏的光学元件都可以称为光栅。它是在一块平整的玻璃或金属材料表面（可以是平面或凹面）刻画出一系列平行、等距的刻线，然后在整个表面镀上高反射的金属膜或介质膜。刻画光栅：用钻石刻刀在涂薄金属表面机械刻划而成。n衍射效率高。复制光栅：用母光栅复制而成。n典型刻划
6、光栅和复制光栅的刻槽是三角形。全息光栅：由激光干涉条纹光刻而成。n通常是正弦刻槽。n光谱范围广，杂散光低，且可作到高光谱分辨率。全息照相刻划法，其原理如下：二束相干光重叠会产生干涉条纹。其间距为D=/2sin，若在面上放置一块予先涂上抗光蚀层的毛胚，则在蚀层获得干涉条纹的空间潜象，经显影后则在毛胚上获得干涉条纹的立体象(全息象)，这就是透射衍射光栅。镀反射膜后可成为反射式衍射光栅。光栅上每个刻槽产生衍射的结果。由于光的衍射使光经过光栅后不同波长的光沿不同方向衍射出去。每个刻槽衍射的光彼此之间是互相干涉的。波长不同的光干涉的极大值出现的方向不同，因而复合光经过光栅后使色散而成光谱。光光栅分光原理
7、分光原理衍射光栅是光栅光谱仪的核心色散器件，它性能直接影响整个系统性能。光栅刻线方向与光谱仪狭缝平行，入射光经光栅衍射后，相邻刻线产生的光程差s=d(sinsin)，为入射角，为衍射角光光栅方程方程干涉的极大干涉的极大值-光光栅方程：方程：m=2dcossin=(-)/2=(+)/2m=0,1,2.对一给定方向，可以有几个波长与光谱级m相对应，满足光栅方程。比如800nm的一级辐射和400nm的二级辐射、200nm的三级辐射有相同的衍射角，这就是为什么要加消二级光谱滤光片的原因。入射光线穿过滤光系统后，滤光系统有选择地吸收或限制一定光谱范围的光，并使未被吸收的那部分光顺利通过，而达到有选择性的
8、感光效果和滤光目的。1 1、光、光、光、光栅栅刻刻刻刻线线，光栅刻线多少直接关系到光谱分辨率，刻刻刻刻线线多光多光多光多光谱谱分辨率高，分辨率高，分辨率高，分辨率高，刻刻刻刻线线少光少光少光少光谱谱覆盖范覆盖范覆盖范覆盖范围宽围宽。2 2、闪闪耀波耀波耀波耀波长长，闪耀波长为光栅最大衍射效率点，因此选择光栅时应应尽量尽量尽量尽量选择闪选择闪耀波耀波耀波耀波长长在在在在实验实验需要波需要波需要波需要波长长附近附近附近附近。如实验为可见光范围，可选择闪耀波长为500nm。3 3、光、光、光、光栅栅效率效率效率效率，光栅效率是衍射到给定级次的单色光与入射单色光的比值。光光光光栅栅效率愈高，信号效率愈
9、高，信号效率愈高，信号效率愈高，信号损损失愈小。失愈小。失愈小。失愈小。为提高此效率，除提高光栅制作工艺外，还采用特殊镀膜，提高反射效率。光光栅的一些参数的一些参数4 4、光、光、光、光栅栅的鬼的鬼的鬼的鬼线线 ，块理想的光栅刻线应该是等距离的。但实际是难以做到的。总是存在一些误差。这种刻线的误差，在光栅仪器中产生的光谱中以鬼线和伴线的形式表现出来。也就是说在不应该有谱线的位置上出现“伪线”5 5、光、光、光、光栅栅的角色率的角色率的角色率的角色率是指它对不同波长的光彼此衍射的角度间隙的大小。通常不用角色散来标志分光仪的性能，而用线色散率或线色散率的倒数来标志其性能。要增大分光仪的线色散率，须
10、提高光栅的角色散率或者增长分光仪的焦距。习惯上分光仪的色散能力总是以线色散率的倒数来表示。即用nmmm来表示。因此，这这个数字愈小，表示分光个数字愈小，表示分光个数字愈小，表示分光个数字愈小，表示分光仪仪的色散能力愈大的色散能力愈大的色散能力愈大的色散能力愈大。光谱仪的倒倒线色散色散可计算得到：沿单色仪的焦平面改变距离引起波长的变化，即：/=dcos/mF这里d、F分别是光栅刻槽的间距、衍射角和系统的有效焦距，m为衍射级次6 6、光、光、光、光栅栅分辨本分辨本分辨本分辨本领领-分辨率分辨率分辨率分辨率影响理理理理论论分辨率分辨率分辨率分辨率的因素是光谱级次，光栅有效长度，光栅的线槽密度以及光的
11、入射角和衍射角。R随这些因素增大而增大。实际实际分辨率分辨率分辨率分辨率还要考虑到其他因素，例如光学系统的象散，仪器狭缝的实际宽度及色散能力，接受器的分辨能力等，因此R实际要比R理论小。RMF/WM-光栅线数F-谱仪焦距W-狭缝宽度实际分辨率的表示方法，指出该仪器可以分辨开那些谱线组中的邻近线，这时可以选择谱线组中相距最近的两条谱线的平均波长入与其波长差入之比来表示，定义是测量单个谱线的半高宽(FWHM)。6 6、凹面和平面光、凹面和平面光、凹面和平面光、凹面和平面光栅栅凹面光栅与平面光栅都符合光栅方程，区别在于毛胚为凹球面反射镜刻成光栅的，在光谱仪中，凹面光栅既可用于色散元件，又可用于聚焦元
12、件，凹面光栅分光色差小，透镜吸收小，反射损失率小。7 7、光、光、光、光栅栅的的的的闪闪耀耀耀耀光栅的闪耀涉及能量分配问题。由于光栅的分光作用和棱镜不同，同时产生着许多级的光谱，这样就使得光栅分光时能量分配十分分散，每级光谱能量很弱，尤其是零级光谱占去很大部分。但它是不产生色散的，不能利用的。光栅分光后，在每一级光谱中间的能量分配取决于光栅刻槽的微观形状，因此在反射光栅中，可以控制刻槽平面和光栅平面之间的夹角，使每个刻槽平面就好象一面镜子把光能高度集中到一个方向去，这种方法叫闪耀。入射狭入射狭缝&出射狭出射狭缝 入射狭缝在光电直读光谱仪中作用很大，从成象关系上来看，光谱线是入射狭缝的单色象，从
13、光能传递的关系上看来，入射狭缝是限制光能量的有效光栏。入射狭缝的质量与谱线质量有直接的关系。对应每个出射狭缝装置一个光电倍增管，将光强信号转换成电流信号。照明系照明系统光光电倍增管倍增管测量光谱线的光电元件主要是光电倍增管，作为光能转变为电能的光电元件在测定光谱线强度时的基本特性。将光电倍增管输出的光电流向积分电容器充电，测量积分电容器上的电压来表示谱线的强度的办法1光特性：光特性是指光电流与射入光阴极的光束强度成直线关系。2光谱特性：光电元件的光谱特性是光电流与入射光束波长的关系。3伏安特性：是指光电流与供电电压的关系。4频率特性，是指光电流与入射光束强度变化频率的关系。5温度特性：随着温度
14、的升高发生不同的变化这就是光电元件的温度特性。6光电元件随着其工作时间长短的变化称老化，也决定光电元件的使用寿命。光光电倍增管的基本特性倍增管的基本特性 光电元件的灵敏度概念：光谱灵敏度和积分灵敏度二种：l光谱灵敏度指各不同波长的入射光束产生不同光谱灵敏度。l积分灵敏度指光电元件对射入的所有光束的灵敏度。电倍增管是基于电子二次发射原理之上的，它的积分灵敏度比光电管大多了，从而减小了放大器的线路。其工作原理如下：射人光阴极K上的光束，促使电子由光阴极发出，轰击发射极d1,d2,d3，直至集电极A发射出光电流Io，各个发射极受到电子轰出以后，放出更多的电子且继续轰发下一个发射极、发射极之间存在着一
15、定的电压。光电倍增管供电线路见图。各电极之间用分压电阻并联。信号与噪声比信号与噪声比对光电管和光电倍增管而言，噪声源主要是散粒效应和热效应。l光阴极在不同的时间发射出的电子数是不同的，因而引起光电流的起伏，这种物理现象称散粒效应。l在室温下电子在导体中仍然保持热运动，这种现象称热效应。信号与噪声的比值是光电测量装置的最重要参数，直接决定光电元件能测量的最小光电流辐射通量 radiant energy flux单位时间内通过一个任意面（曲面或平面）的辐射能，W。同义词：辐射功率。辐射照度 irradiance光源入射到物体单位面积上的辐射能量，W/m2。同义词：辐照度。辐射亮度 radiance
16、辐射源在单位投影面上单位立体角内的辐射能通量，W/(m2sr)。同义词：辐亮度。辐射出射度 radiant exitance物体单位面积发出的总辐射通量，W/m2。几个物理量的定几个物理量的定义反射反射反射反射 reflectionreflection辐射在传播过程中从一种媒质射向另一种媒质时，在两种媒质分界上有辐射返回到原媒质的现象。漫反射漫反射漫反射漫反射 diffuse reflectiondiffuse reflection反射辐射被表面或媒质分散开的现象。漫反射不改变组成辐射的单色成分的频率。反射比反射比反射比反射比 reflectancereflectance被物体表面反射的辐射通
17、量与入射物体表面上的辐射能量的比值。给定波长处单色光的反射比，称为光谱反射比（spectral reflectance）。朗伯漫反射体朗伯漫反射体朗伯漫反射体朗伯漫反射体 lambertian diffuserlambertian diffuser反射遵从余弦定律的理想均匀反射体。当从任何一方向照射时，各方向的辐射亮度相同。完全反射漫射体完全反射漫射体完全反射漫射体完全反射漫射体 perfect reflecting diffuserperfect reflecting diffuser光滑反射比等于1、辐射亮度分布与方向无关的理想均匀反射体。反射因子反射因子反射因子反射因子 reflecta
18、nce factorreflectance factor在相同的照射条件下，物体反射的辐射通量与理想的完全反射漫射体反射的辐射通量之比。方向半球反射比方向半球反射比方向半球反射比方向半球反射比 directional hemispheric reflectance directional hemispheric reflectance 在给定方向的照射条件下，物体反射到半球空间辐射通量与入射在物体表面上的辐射通量的比值。二向反射比二向反射比二向反射比二向反射比 bi-directional reflectancebi-directional reflectance在给定方向的照射和观测条件下，
19、物体反射的辐射通量与入射在物体表面上的辐射通量的比值。方向半球反射因子方向半球反射因子方向半球反射因子方向半球反射因子 directional hemispheric reflectance factordirectional hemispheric reflectance factor在给定方向的照射条件下，物体反射到半球空间的辐射通量与处在相同照射条件下的完全反射漫射体反射的辐射通量的比值。二向反射因子二向反射因子二向反射因子二向反射因子 bi-directional reflectance factorbi-directional reflectance factor在给定方向的照射和观
20、测条件下，物体反射的辐射能量与处在相同照射和观测条件下的完全反射漫射体反射的辐射通量的比值。定义：表面上一点的辐照度是入射在包含该点的面元上的辐射通量 除以该面元面积A之商，为光谱响应带宽。测量内容具体分为以下Total Spectral 2种：A.总光谱辐照度（Irradiance）；B.漫射光谱辐照度（Diffuse Spectral Irradiance）光谱测量内容光谱测量内容光谱辐照度光谱辐照度光谱辐照度光谱辐照度 Spectral IrradianceSpectral Irradiance单位：定义：是过给定点的束元传输的并包含给定方向的立体角元内 传播的辐射通量，A是包含给定的辐
21、射束投影截面，为光谱响应带宽。测量内容具体分为以下3种：A.目标光谱辐射亮度（Target Spectral Radiance）；B.太阳光谱辐射亮度（Solar Spectral Radiance）；C.天空光谱辐射亮度（Sky Spectral Radiance）。光谱辐亮度光谱辐亮度光谱辐亮度光谱辐亮度 Spectral RadianceSpectral Radiance 单位：导出参数导出参数定义：待测反射体在给定的圆锥限定的方向反射的辐射量与相同照射条件下理想漫反射体的反射辐射量之比光光光光谱谱反射比因子反射比因子反射比因子反射比因子 Spectral Reflectance Fac
22、torSpectral Reflectance Factor光光光光谱谱二向反射比因子二向反射比因子二向反射比因子二向反射比因子 Spectral Bidirection Reflectance FactorSpectral Bidirection Reflectance Factor定义：待测反射体在给定的半球空间上由圆锥限定的各个方向反射的辐射量与相同照射条件下理想漫反射体在确定空间位置上的反射量之比。波波波波长长波长按生产方规定的操作步骤进行定标。对扫描型分光光度计，应确定波长位置、波长准确度；对通道型分光光度计，还应标出采样间隔。带宽带宽仪器光谱分辨率用带宽表征，其定标应按仪器规定的具
23、体步骤进行。光谱定标光谱定标高精度的标准辐射源也有两类：一类是腔式黑体，腔口较小，发射率很高，使用时将黑体放在远处，使辐射计瞄准黑体腔，并使腔口充满辐射计的视场，改变黑体的温度，即可得不同的输入辐射和相应的辐射计输出；另一类是面源型黑体，蜂窝结构，面较大，定标时贴近辐射计，使面源充满辐射计的入射孔径，同样可以获得定标曲线。用标准探测器进行辐射定标。标准探测器的原理是利用电加热功率增减来平衡由于入射辐射的加热。在平衡时，电加热功率即等于入射的辐射功率。这种标准探测器常称为绝对辐射计或电定标辐射计。将辐射计与绝对辐射计相比，也可获得定标曲线。英国国家物理实验室和美国国家标准局都采用电定标热电辐射计
24、作为辐射计量的标准。线线性度定性度定性度定性度定标标计数值是否随入射辐射强度线性变化零定零定零定零定标标采用方向半球反射比为零的黑腔光陷阱紧置于样品进行零定标。对不需精确测量某一低值以下的仪器，可采用方向半球反射因子稍高于所测样品最低值的已定标的朗伯体漫反射灰板，检验低光度值的精确度。稳稳定度定度定度定度仪器经热平衡后，固定仪器参数，样品和参考都选用反射标准板，采用时间扫描（或定波长扫描）方式，扫描时间0.5h，测量100%线的变化值。辐射定标辐射定标常常见的光的光谱辐射射计（光（光谱仪）型号生产厂商波长范围/mWDY-850地面光谱辐射计中科院长春光机所0.3850.85DG-1野外光谱辐射
25、计中科院安徽光机所0.41.1SRM-1200野外光谱辐射计日本0.381.2SE-590便携式光谱辐射计美国0.381.1ASD-FieldSpec便携式光谱辐射计美国0.352.50.3251.075SVC1024光谱辐射计光谱辐射计美国0.35-2.5AvaField便携式地物波谱仪荷兰0.22.529波长范围：325-1075nm；波长精度：1nm；光谱分辨率：3.0nm700nm；等效辐射噪声（NEdL）：5x109W/cm2/nm/sr700nm；积分时间：最小8.5ms（可选择）；视场角：25度；内存：最多2000个光谱文件。ASD Handhold2 技技术参数参数ASD Fi
26、eldSpec4 技技术参数参数探测器：350-1000nm,低噪声512阵元PDA,1000-1800nm及1800-2500nm,两个InGaAs探测器单元，TE制冷恒温；波长范围：350-2500 nm 扫描时间：100ms 光谱平均：高达31,800次；色散元件:一个固定的两个快速旋转的全息反射光栅 波长精度:0.5 nm 波长重复性:0.1 nm 光谱分辨率:3nm700nm,8nm1400/2100 NeDL:VNIR 1.0 x10-9W/cm2/nm/sr700nm SWIR 1.4x10-9W/cm2/nm/sr/1400nm SWIR 2.2x10-9W/cm2/nm/sr
27、2100nm杂散光：VNIR 0.02%,SWIR 1&2 0.01%通道数：2151 高次吸收滤色片,内置光闸和漂移锁定自动校准功能均设置为标准配置 内置光闸及DriftLockTM自动漂移修正 1米长标准光纤探头，25前视场，带有可安装在三角架上的手枪式手柄；可选择1,5或8视场角的镜头 可测量的最大辐射值超过2倍0天顶角处100%反射白板的辐射.外形尺寸:12.7 x 35.6 x 29.2 cm.重量:5.44kg 10/100M 以太网卡接口和无线宽带技术传输距离最远达到300米。LabVIEW驱动，数据流自动采集分辨率（分辨率（分辨率（分辨率（带宽带宽）与）与）与）与间间隔隔隔隔带
28、宽带宽是在是在是在是在给给定波定波定波定波长长，从光，从光，从光，从光谱仪输谱仪输出的波出的波出的波出的波长宽长宽度。度。度。度。它是倒线色散和狭缝宽度的乘积。例如，单色仪狭缝为0.2mm，光栅倒线色散为2.7nm/mm，则带宽为2.70.2=0.54nm。间隔是在频谱的采样点之间的间距。抽样是独立的决议。波波波波长长精度、重复性和准确度精度、重复性和准确度精度、重复性和准确度精度、重复性和准确度波波波波长长精度是光精度是光精度是光精度是光谱仪谱仪确定波确定波确定波确定波长长的刻度等的刻度等的刻度等的刻度等级级，单位为nm。通常，波长精度随波长变化。波波波波长长重复性是光重复性是光重复性是光重
29、复性是光谱仪谱仪返回原波返回原波返回原波返回原波长长的能力。的能力。的能力。的能力。这体现了波长驱动机械和整个仪器的稳定性。波波波波长长准确度是光准确度是光准确度是光准确度是光谱仪设谱仪设定波定波定波定波长长与与与与实际实际波波波波长长的差的差的差的差值值。每台仪器都要在很多波长检查波长准确度。仪器一些参数的意器一些参数的意义uu等效等效等效等效辐辐射噪声射噪声射噪声射噪声衡量传感器敏感度和辐射精度。仪器的固有属性。计算方法：裸光纤，10次光谱平均，标准校准方法，取30次光谱与所有校准通道的标准偏差，转化成辐射值。符合噪音规格。光光谱仪探探头不同前视场角的镜头用于反射光谱（Reflectanc
30、e、AbsoluteReflectance)和辐射亮度(Radiance,必须标定)测量余弦接收器用于辐射照度（Irradiance,必须标定）测量内置光源的反射探头用于固体反射光谱测量（适用于地质和矿藏研究）余弦接收器余弦接收器余弦接收器余弦接收器用于辐射照度测量单位：W/cm2/nm用来对处于球内或放在球外并靠近某个窗口处的试样对光的散射或发射进行收集的一种高效率器件。球上的小窗口可以让光进入并与检测器靠得较近。积分球又称为光通球，是一个中空的完整球壳。内壁涂白色漫反射层，且球内壁各点漫射均匀。光源S在球壁上任意一点B上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成的。光光谱仪探探头光光谱
31、仪光光纤特殊组成的光纤束被精确切割，抛光，密封，它们具有非常高效的能量收集功能，使用它们可以采集到光学能量。该纤维本身是低羟基分子组成，能够在各种仪器的波长范围内提供的最大传输。与镜头连接，通过镜头采光后导入光谱仪光纤构成19条100微米芯径光纤（350-1100nm）38条200微米芯径光纤（1000-2500nm）石英光纤，数值孔径0.22，因此前视场角25度。外面金属螺纹管铠装。不怕脚踩。避免折死弯！外接光纤可拆卸(SMA接头）光纤弯曲对信号的影响一般小于1%光光谱仪内部内部结构构Drift-Lock技术，配合制冷进一步消除噪声；自动快门-每一次全光谱扫描后采集暗电流；散热风扇；保证工作
32、环境温度0-40C;外置充电器、电池（镍-氢）工作时间大约为4-9小时通过无线wifi与计算机连接三个独立的光谱仪构成350-1100nm，512阵元光PDA阵列探测器,凹面消色差光栅，平场成像。易于波长标定。灵敏度高。光光谱仪内部内部结构构探探测器器每个通道（或检测器）是几何定位的，能够检测非常小的间隔（1.4 nm）。VNIR光谱分辨率大约为3 nm700 nm。每个检测器将入射光子转换为电子。光电流是不断转换为电压，并且被周期性地被一个16位模/数转换器数字化。然后数字化的光谱数据被发送到仪器控制器，进一步处理和分析。512-线阵列可以平行扫描整个可见光近红外光谱1.4 nm的波长间隔。
33、单一的样品扫描时间可以达到8.5 ms。1000-1800nm,单元InGaAs探测器，平面旋转扫描光栅，比PbS响应速度快。1801-2500nm，单元InGaAs探测器，平面旋转扫描光栅。InGaAs探测器带有热电制冷SWIR 1和SWIR 2探测器将入射的光子转换成电子。此电流转换为电压，并周期性地被一个16位模/数转换器数字化。这些数字化的光谱数据被发送到仪器控制器，进一步处理和分析。光栅物理振荡周期为200 ms。它执行正向扫描和后向扫描，因此每个扫描周期为100ms。这是所有短波红外或全波范围内采样所需的最小时间。SWIR光谱仪包括一个凹面全息光栅和单一的电制冷铟-砷-镓（InGa
34、As）探测器。光栅安装一个共用的轴上，通过一个15的摆动来回振荡。随着光栅的移动，它露出SWIR1和SWIR2探测器，检测不同波长的光能量。每个SWIR光谱仪拥有约600个通道或约2nm的采样间隔（每个SWIR通道）。光谱仪固件自动补偿波长间隔的重叠。硅光电二极管是在一块N型硅片上用扩散的办法掺入一些P型杂质（如硼）形成PN结。当光照到PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发电子空穴对，光生电子空穴对的扩散运动使电子通过漂移晕倒被拉到N型区，空穴留在P型区，所以在N型区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样两区之间就出现了电位差。连接后输出电流，电流普遍较小，一般为几微安到几十微安。光光电二
35、极管二极管光敏二极管的结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中，其PN结装在管顶，可直接受到光照射。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态。光敏二极管在没有光照射时，反向电阻很大，光敏二极管处于截止状态，这时只有少数载流子在反向偏压的作用下，渡越阻挡层形成微小的反向电流（暗电流）；受光照射时，PN结附近受光子轰击，吸收其能量而产生电子-空穴对，从而使P区和N区的少数载流子浓度大大增加，因此在外加反向偏压和内电场的作用下，P区的少数载流子渡越阻挡层进入N区，N区的少数载流子渡越阻挡层进入P区，从而使通过PN结的反向电流大为增加，这就形成了光电流。光敏二极管的光电流I与照度之间呈线性关系。光敏二
36、极管的光照特性是线性的，所以适合检测等方面的应用。VNIR光谱仪都装有一个独特的软硬件组合，被称作driftlock。driftlock能够校正随时间发生变化的暗电流。它通过监测VNIR线阵前部一系列掩蔽像素，自动刷新暗电流的测量。driftlock能够修正大多数随时间的变化的暗电流。当检测暗电流时，一个机械快门会关闭VNIR光谱仪的入口裂缝，这样信号就可以被测量。此信号被每个后续光谱扣除，直到仪器检测另一个暗电流。SWIR光谱仪每次扫描都会检测和扣除暗电流。传感器的三个空感器的三个空间高度高度不同空不同空间层次次传感器得到的信息感器得到的信息 地物反射波地物反射波谱特征特征不同地物不同地物不同地物不同地物在在相同波段相同波段相同波段相同波段反射率存在差反射率存在差别：同一地物同一地物同一地物同一地物对不同入射波不同入射波不同入射波不同入射波长长的的电磁波反射能力不同磁波反射能力不同同同同同类类地物反射率地物反射率地物反射率地物反射率随入射波随入射波长变化的化的规规律是相似的律是相似的律是相似的律是相似的，即反，即反射光射光谱相似，但是随着相似，但是随着该地物的内在差异而有所地物的内在差异而有所变化化 因而可以根据因而可以根据传感器收到的感器收到的电磁波光磁波光谱特征的差异来特征的差异来识别不同的地物不同的地物 结束结束