光谱学术语和定义词解析2

Dark Current

暗电流

暗电流是因为随机热波动提供足够的能量，提升电子穿过带隙，进而形成电子空穴对。电子空穴对被局部电场分隔开，自由电子储存在像元阱中。光谱仪没法从入射光子产生的电子中分辨出热波动产生的电子，因此在它们在光谱仪的光谱中表现为噪声。在给定温度下，电子空穴对的产生率被称作暗电流。散粒噪声导致暗电流的波动，从而形成暗噪声。因为暗电流是由连续产生的电子空穴对形成的，所以更长的积分时间将导致更多数量的形成暗电流所需的电子产生。CCD的热电冷却能显著降低暗电流和暗噪声，在实践中，高性能的光谱仪通常将温度冷却在暗电流在一次典型积分间隔中是微不足道的程度。用TEC制冷可以大幅度的减低暗电流。

Dark Noise

暗噪声

暗噪声是由于CCD的硅结构内热产生的电子 - 空穴对的数量的统计变化形成的。暗噪声与光子产生的信号无关，但与设备温度有很大的关系。在给定的CCD温度下，电子的产生率被称作暗电流。暗噪声是散粒噪声的一种形式，它与暗电流有直接关系，它的大小等于积分时间内电子产生的数量的平方根。CCD的热电冷却可以显著减小暗电流和暗噪声。在光谱仪中，在光子能是很低且暗噪声可以轻易掩盖有效信号时，热电冷却可以将暗电流减小到在整个积分间隔时间内可以不计的程度。

Dark Spectrum

暗光谱

暗光谱是指在没有光入射（无论是从样品发出，还是周围的环境光源发出的光都不存在）的情况下，光谱仪在给定积分时间内一系列的光谱的波长数值。暗光谱被用来校正基线回归和固定图形噪声。暗光谱在其他海洋光学文献中也被称作“暗信号”。值得注意的是，暗光谱不同于背景光谱，背景光谱代表了在没有参考光源时光谱仪的信号。

Diffraction Grating

衍射光栅

在光学中，衍射光栅是一个有周期条纹结构的光学元件，它可以使光发生衍射并在不同的方向上分成不同的光束。这些光束的方向取决于光栅的条纹间距和光的波长（对光谱学来说最重要）。在光谱仪中，光栅充当一个分光元件。总之，衍射光栅是一种由密集﹑等间距平行刻线构成的非常重要的光学器件，分反射和透射两大类

Diffuse

色散

光进入样品或光谱仪时可能发生色散或准直。色散光包含了多个方向的光束，而准直光只包含平行入射的光束。

为了得到自由空间的测量，在光谱仪上连接一个海洋光谱色散仪配件。这可以捕捉180°视野范围的光纤。色散仪同样可以用来捕捉平面发出的光谱。（光谱仪配件，CC-3-UV-S，漫反射塑料片，使光谱仪可以捕捉180°的散射光，收集到的光符合朗博特性）

Dynamic Range (Single Acquisition/System)

动态范围

动态范围是指最大可检信号（接近饱和时）值除以最小可检信号 ，这可以认为是被光谱仪分解成的不同强度单元。最小可检信号定义为平均值等同于基线噪声的信号，这代表了信噪比为1。我们一般认为最弱信号是指3倍于噪声信号

单次信号采集的动态范围是指在最短的积分时间内得到最大可能的动态范围。整个系统的动态范围是指在最长的积分时间下最大信号与最小信号的比，乘以最长积分时间与最短积分时间的比

信号采集的动态范围=饱和状态下信号强度/最短积分时间下的基线噪声

系统的动态范围=（饱和状态下的信号强度/最长积分时间下的基线噪声）x（最长积分时间/最短积分时间）

Electric Dark Correction

电子暗噪声校正（电子暗噪声扣除）

电子暗噪声：由于不需要的像元素产生的噪声

光谱噪声：包含：电子暗噪声、由于光的不稳定性造成的噪声，

为了补偿随时间变化的回归基线产生的变化，海洋光学光谱仪都有一组有不参加光谱图的像元（这些像元接收不到光）。将这些暗像元的输出值作平均，并在电子暗噪声校正激活状态下从检测器中所有像元的输出值中减去。这会导致检测器所有像元总数的基线回归（没有光入射）读数下降到零左右，更重要的是，整个试验中任何可能产生的基线回归的变化都会被自动补偿。强烈推荐用电子暗噪声校正。

Electronic Noise

电子噪声

组成电子噪声的其中一种噪声是在A/D转换器的信号通道中产生的。这可能是由于设备中其他电子元件耦合的噪声，放大器噪声或A/D转换错误的结果导致的。这些早生转换完全相同的电荷并不一定得到完全相同的A/D转换结果。量化误差也是产生电子噪声的原因之一。

Fixed Pattern Noise

固定图形噪声（FPN ）（固定型谱噪声）

每一个像元相当于一个单独的检测器，在相邻像元之间的基线回归和灵敏度可能稍有不同。这里灵敏度的不同被称作图片响应的非一致性（PRNU）。这会产生数据的非随机结构。它的影响可以通过在软件中减去暗光谱和进行照度定标来补偿。

Fluorescence

荧光

荧光是指吸收光和后来的发射光是两个不同的频率或波长。这通常出现在一个实验装置中，一种低波长带的入射光在一个方向上被吸收，另一种更高波长带的光在所有方向被发射出。在样品吸收紫外光（人眼不可见），发射可见光的时候，这种情况更加明显。

样品分子可以是激发电子，由于入射光子的影响而振动，通过加热周围样品而变成更低的振动状态，然后电子返回基态，发射比吸收的光子更低能量（更高波长）的光子。

荧光可以用于研究一些样品，因为荧光分子会吸收特定波长的光，发射另一种光。通过已知的入射光波长，根据样品发出的光谱可以鉴定出样品的组成。因为荧光发生在分子范畴（通常一种光子入射，一种光子发出），这是唯一一种可以鉴定单分子的光谱技术。另请参阅荧光测量技术。

Fluorophore Coating

荧光涂层

荧光粉涂层是应用在检测器上用来提高紫外波段的灵敏性。这种涂层能够发射出被检测器紫外末端的像元识别的更低频率的光子。参考紫外涂层。

F-number

F-number是光学组件的直径和它的焦距之间的比值，这和数值孔径是有关系的。比如：在很多海洋的光谱仪上，准直镜是F/4（有时候会写成ƒ:4或者ƒ-4）。这意味着焦距是准直镜的直径的4倍。一个光学组件的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响。在所有光学系统中，有效F-number是光学系统的最大F-number决定的。

Full Width at Half Maximum (FWHM)

半峰宽

在分析图表中的光谱峰时，半峰宽（FWHM）是一个描述波峰的形状和总值的有效方式。半峰宽是由波峰强度为峰值最大值一半处的两边两个最大值的波长差计算得到的。它不但能测量波峰高度，也可以测量波峰宽度。同样的，四分钟一峰宽（FWQM）也可以用来描述波峰的传播。

此外半峰宽也可以用来表示光谱仪的分辨率，它与光栅的波长范围、检测器的像素数、狭缝宽度都有关系。

半峰宽是值强度为峰值最大值一半处的波长差，同时半峰宽也是光谱仪分辨率的表征，它跟光栅的光谱范围、检测器的像素数量以及狭缝的宽度都有关系。详细可参考光谱分辨率

Integration Time

积分时间

积分时间是检测器在将累积的电荷通过A/D转换器加工之前，被允许收集光子的时间长度。最小积分时间是设备支持的最短积分时间，它取决于检测器读出所有像素信息的快慢，积分时间与数据传输速度是不同的概念。

Absolute (Spectral) Irradiance Calibration

（绝对辐射校准）

绝对辐照度校准是指用一台已知光谱输出功率的灯来校准光谱仪每个像元下的响应强度。绝对辐射校准改变了整个光谱的形状和大小，校正了仪器的单个仪器响应函数（IRF）。通过绝对辐射校准后的光谱的单位是单位面积单位波长的功率输出，通常单位表达为µW/cm2*nm。请注意，绝对辐照度不是这个量值的技术性的正确术语，这个量值是依赖波长的，它的正确术语应该是绝对光谱辐照度。

Noise

噪声

噪声是一个通用术语，描述的是所有在光谱仪中不期望出现的信号。它可能是经常随着光谱信号出现的信号，也可能是不经常出现的光谱信号。它的来源主要有以下几种：

• 暗噪声：热效应引起的噪声。由于检测其中的热效应而产生的电子引起的噪声，而不是因为入射光产生的信号，一般随着温度的上升而增加，可以用TEC计数降低。
• 光子噪声：在既定时间内，光子撞击到检测器时，由于统计学误差引起的噪声，当入射光增强是，光子噪声增强。
• 电子噪声：由A/D转换器和电路板的错误而产生电子，被光谱仪误以为是信号的噪声。
• 偏差：由于不同光学器件造成的在不同波长上的的聚焦偏差。
• 杂散光：光由于反射、衍射、折射而出现在检测器上不应该出现的位置产生的噪声。是系统噪声的一种。
• 硬件的不完善和瑕疵：像素坏点或者在聚焦镜上的划痕都可能造成光谱噪声。
• 读出噪声：由于读出像元的累积电荷而产生的噪声，这个噪声是由于检测器的读出过程产生的，首要影响因素是前置放大器。

一般情况下，噪声可以通过一些光谱学平均算法和控制设备温度来减弱。

Numerical Aperture (NA)

数值孔径

光学元件（比如透镜或光纤）的数值孔径是一个无单位的量，它描述了光学元件可以发射和接收光的角度范围。比如：一个有很高数值孔径的光纤，具有更大的接收入射光的锥形接受角。所有的海洋光学标准玻璃光纤电缆的数值孔径都为0.22，在空气端产生12.7°的接受角。在任何复合的光学系统中有效数值孔径都是由光学系统中最小的数值孔径决定的。对于透镜和反射镜，一个与数值孔径有关的量，称作F数，也可以用来描述入射光的锥形接受角。

数值孔径=接受角的正弦值

海洋光学的光纤的数值孔径是0.22，跟光谱仪相匹配，发散角（接受角）是25.2度，可以根据这个角度计算，照射时光斑的大小，或者被测物的距离、可观测尺寸等信息。

Optical Resolution

光学分辨率

光谱仪的光学分辨率是指测量曲线的半峰宽（FWHM），它是由光栅刻线密度和入射光口径（光纤或狭缝）决定的。光分辨率随着光栅刻线密度的增大而增大，但是增加光栅刻线密度的同时，光谱范围会随之降低。光分辨率同样随着狭缝宽度或光纤直径的减少而增大，但减少狭缝宽度或者光纤芯径的同时，信号强度会降低。光分辨率通过下面的公式计算出来：

OR = SR/n x PR

OR=光谱仪的光分辨率（单位：nm）

SR=光栅分光范围（单位：nm）

n=检测器原件的数量（单位：像素）

PR=光谱仪和狭缝的像素分辨率（单位：像素）

这个比值海洋光学称之为色散，单位是：纳米/像素。这个数值对检测器和光栅的结合是很重要的。

Order Sorting Filters

消高阶衍射滤光片

这类滤光片用于检测器的窗口上，其作用是消除二级和三级衍射效应。这种设计可以消除较低波长的光撞击到应该接受较高波长光的检测器的位置。比如，如果没有这种滤光片，253.652nm波长的汞灯光源的光将会同时出现在检测器的253.653nm和507.304nm波长处。

**PAR **光合有效辐射

光合有效辐射是测量被一偏平原吸收、并且作用于光合作用的入射光的总量。因此在农业研究中，它是一个非常有用的参数。

光合作用是一个量子过程：被叶绿素吸收的光子的数量（不是能量）决定光合作用化学反应的速率（被吸收的400nm波长的光子与500nm的光子具有相同的效率，多余的能量被当做热量散发）

PAR是指在单位时间内射入单位面积的，在400-700nm波长范围内的光子的总数。因此，我们假设在这个波长范围内所有光子具有相同的效率，在这个范围外的光子没有效率。更重要的似乎PAR不会提供任何有关吸收效率的问题，仅仅是潜在的，有用的光子的数量。它是一个“宽带数量”而不是光谱。一个PAR度数将会提供经过计算的落在给定地点的光谱图内的所有有效光子的数量。

PAR的单位是μmol.s ^-1^ .m ^-2^ 。在各个波长的光子数量是通过分隔在各个波长的光的能量计算的。

Photometry

光度测量(包含：绝对辐射、相对辐射)

光度测量是通过人眼来诠释对光的研究和分析。因此它是辐射测量的范畴。可见光谱不同部分的亮度根据人眼的感知亮度（响应功能）来校准匹配。测量方式分为绝对辐射测量和相对辐射测量。

Photon Noise

光子噪声

光子噪声是散粒噪声的一种类型，它是由于CCD中光子到达率的固有统计变化引起的。光子到达检测器的时间间隔符合柏松分布，因此光子噪声等于入射光子数的平方根。当光子信号很小时，光子噪声相较于光子信号是很大的，导致系统的信噪比降低。由于它们不同的增长速率，然而，当光子信号数量变得很大时光子噪声相对于光子信号就变得不那么重要了。尽管随着更多的光撞击检测器时，光子噪声的数量在增多，光子信号会以更大的比率增加，从而导致信噪比增大。要注意很重要的一点，在小信号水平时，暗噪声是主要的噪声源，但在大信号水平时，光子噪声占主导。通常，术语“散粒噪声”经常被用来代替光子噪声。