模組化光譜儀的選擇

前面提過有關光譜儀量測光，
實務上要進行光學元件的透光率、OD量測時，光譜儀的選擇注意"規格"上的限制。

首先可以先參考在台灣一般光譜量測設備經常使用到的 Ocean Optics 的 USB2000+ 這一顆模組化光譜儀的規格：

Engineering Specifications	USB2000+
PHYSICAL
Dimensions:	89.1 mm x 63.3 mm x 34.4 mm
Weight:	190 g
DETECTOR
Detector:	Sony ILX511B (2048-element linear silicon CCD array)
Detector range:	200-1100 nm
Pixels:	2048 pixels
Pixel size:	14 µm x 200 µm
Pixel well depth:	~62,500 electrons
SPECTROSCOPIC
Optical resolution:	~0.1-10.0 nm FWHM (configuration dependent)
Signal-to-noise ratio:	250:1 (full signal)
A/D resolution:	16 bit
Dark noise:	50 RMS counts
Dynamic range:	8.5 x 10^7 (system); 1300:1 for a single acquisition
Integration time:	1 ms – 65 seconds
Stray light:	<0.05% at 600 nm; <0.10% at 435 nm
Corrected linearity:	>99%
ELECTRONICS
Power consumption:	250 mA @ 5 VDC
Inputs/Outputs:	Yes. Onboard digital user programmable GPIOS
Trigger modes:	4 modes
Stobe functions:	Yes
Gated delay feature:	Yes
Connector:	22-pin connector

表格資料來源：海洋光學網頁

好長的一大串專有名詞跟數字 ! 看了就很煩心...

首先要注意到的是“Detector Range”，200~1100nm，
也就是可以量測的光譜範圍，
如果是深紫外光，例如EUV的172nm，那這個光譜儀就量不到，
遠紅外線到1200nm的也量不到，
不過對一般應用而言，這個範圍也很夠用了，
但是這裡的光譜量測範圍指得是感測器(Sony ILX 511B)能夠轉換為電訊號的光波長範圍，

並不是說這個光譜儀可以量測200-1100nm的光強度。

光譜量測範圍還跟分光系統有關，
舉例來說使用菱鏡分出來的色光只有400-700會投射在如下圖的28.672mm長度的這一段感測器有效像素上 :

那光譜儀可以量測的範圍就是400-700，其他波長範圍的光沒有投在檢測器上當然量不到。

第二個要注意的是“Optical resolution”，
0.1~10 nm FWHM Configuration dependent，
意思是能夠分辨的光波長值最精細可以到0.1~10nm之間。

特別的是補了一段文字 : “configuration dependent”，
也就是解析度是可以option設定出來的，
但是也代表可以作到的解析度需要跟其他的條件搭配才能作到。

要注意的是該規格後有註明了"FWHM"，
FWHM在這裏的意思指得是光分離後進到每個Detector Sensor的Pixels上是一段分佈的連續波長，
例如透過光柵分光後，將波長700~1000投射在長度2048個Pixel的感測器上，
每個像素感測器等於分配到(1000-700)/2048 = 0.146nm的連續波長的光進入；
例如輸出結果是700.073nm的強度20000，
表示的是從700nm～700.146nm進入感測器像素後反映出的值，
所以想看到700.05nm跟700.10nm的光強度差異是不可能的事。

解析度跟光波長可量測範圍都會跟光譜儀的光路設計有關，包括狹縫的尺寸 、選用的光柵 、反射光的角度等等。

因此在選用光譜儀上首重要釐清楚光波長量測範圍，再來決定解析度要多高，其他的重點包括穩定性 、動態範圍表現 、暗訊號的抑制等等。