波長(zhǎng)精度和重復(fù)性是光譜儀重要的質(zhì)量指標(biāo)之一，兩者對(duì)儀器的正確使用乃至實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著很大影響；另外，由于溫濕度、氣壓、磕碰等外界因素及儀器本身隨著使用年限的增加，光纖發(fā)射角、光柵的衍射能力和檢測(cè)器的探測(cè)效率等內(nèi)部因素的變化，會(huì)對(duì)光譜儀傳感器的響應(yīng)產(chǎn)生影響，因此，光譜儀需要定期定標(biāo)才能獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
定義：光譜定標(biāo)就是明確成像光譜儀每個(gè)通道的光譜響應(yīng)函數(shù)，即明確探測(cè)儀每個(gè)像元對(duì)不一樣波長(zhǎng)光的響應(yīng)，從而獲得通道的中心波長(zhǎng)及其通光譜帶的寬度。
在實(shí)際微型光纖光譜儀中，光波波長(zhǎng)是由CMOS像素所反映的，因此在實(shí)際測(cè)量中由于環(huán)境和時(shí)間的影響會(huì)引起光波波長(zhǎng)與像素之間的變化，光譜儀中各CMOS像素所對(duì)應(yīng)的實(shí)際光波波長(zhǎng)必須準(zhǔn)確確定，否則測(cè)量的準(zhǔn)確度就會(huì)降低。
如下圖1所示，大家普遍使用的交叉式光纖光譜儀采用CMOS芯片收集光譜數(shù)據(jù)，為了得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，光譜儀在使用前必須進(jìn)行嚴(yán)格的標(biāo)定，確定CMOS像素和光波波長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
圖1 普遍使用的交叉式結(jié)構(gòu)的光纖光譜儀
常用的光纖光譜儀波長(zhǎng)標(biāo)定是采用特征光譜在CMOS對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)上找到相應(yīng)的位置，對(duì)于SR50C來(lái)說(shuō)，探測(cè)用2048單元的線陣CMOS，測(cè)量光譜為200~1000nm，每個(gè)CMOS對(duì)應(yīng)約0.4nm，光柵方程可以寫(xiě)成
其中，m為衍射級(jí)次，d為光柵常量，i為入射角（可以認(rèn)為是定值），θ為衍射角，在小角度下可以認(rèn)為（sinθ~θ~x），可知波長(zhǎng)與衍射級(jí)次近似成線性關(guān)系，綜合考慮大衍射角度等各種問(wèn)題，我們可以采用最小二乘法三階多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，從而得到最小的偏差平方和。
式中a0，a1，a2，a3為擬合系數(shù)，x1，x2，…，x6為實(shí)測(cè)像素?cái)?shù)，y1，y2，…，y6 為擬合后的波長(zhǎng)。利用Matlab軟件進(jìn)行編程求解得到y=a0+a1x1+a2x2+a3x3中的擬合系數(shù)。采用汞-氬校準(zhǔn)光源進(jìn)行標(biāo)定。
以鑒知技術(shù)研發(fā)的微型光纖光譜儀SR50C為例，該光譜儀的汞氬燈光譜如圖2所示
圖2 SR50C的汞氬燈光譜
根據(jù)光纖光譜儀SR50C的波長(zhǎng)標(biāo)定結(jié)果來(lái)看，可以看出該產(chǎn)品的光譜范圍廣，支持200-1000nm范圍內(nèi)的光譜定制，可以實(shí)現(xiàn)紫外、可見(jiàn)光、近紅外波段的高分辨率光譜檢測(cè)。
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