光谱学术语和定义词解析3

Pixel Well Depth

像元（像素）阱深

检测器中每个像元可以储存的电子的最大数目叫做阱深。像元阱深决定了可用于像元单次读出结果或能接收的最大信号。CCD的动态范围也与阱深刚好成正比。入射光的强度和积分时间决定了每一个像元采集电子的数目。如果入射光产生的电子超出了像元阱深所能承受的范围，像元就会饱和。在测量过程中一定不要让光谱仪出现饱和（甚至没有被用到的任何一段光谱 即使光谱的一部分没有被使用），因为这会影响光谱的其余部分。

Quantum Efficiency

量子效率

量子效率是衡量检测器能够响应入射光子产生电子的能力。更高的量子效率值意味着检测器更灵敏。检测器的灵敏度对不同波长的入射光有所不同，所以量子效率最好用曲线表示，而不是用单个量子效率值表示。对于光谱仪，量子效率并不是一个品质因数性能系数，因为它只是决定光谱仪整体性能的其中一个指标。

Radiometry

辐射测量

辐射测量是研究电磁辐射的科学，包括可见波普。它的含义是电磁波谱中的能量分布，与光度测量不同，光度测量定义了人眼能够看到了可见光的接收强度。

**Raman **拉曼光谱

光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射. 弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分,非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分, 统称为拉曼效应。拉曼效应是光子与光学支声子相互作用的结果。

拉曼光谱－原理拉曼效应起源于分子振动(和点阵振动)与转动，因此从拉曼光谱中可以得到分子振动能级(点阵振动能级)与转动能级结构的知识。用虚的上能级概念可以说明了拉曼效应:

设散射物分子原来处于基电子态，振动能级如图所示。当受到入射光照射时，激发光与此分子的作用引起的极化可以看作为虚的吸收，表述为电子跃迁到虚态（Virtual state），虚能级上的电子立即跃迁到下能级而发光，即为散射光。设仍回到初始的电子态，则有如图所示的三种情况。因而散射光中既有与入射光频率相同的谱线，也有与入射光频率不同的谱线，前者称为瑞利线，后者称为拉曼线。在拉曼线中，又把频率小于入射光频率的谱线称为斯托克斯线，而把频率大于入射光频率的谱线称为反斯托克斯线。

附加频率值与振动能级有关的称作大拉曼位移，与同一振动能级内的转动能级有关的称作小拉曼位移：

大拉曼位移：(为振动能级带频率)

小拉曼位移：(其中B为转动常数)

简单推导小拉曼位移：利用转动常数

Sensitivity

灵敏度

光谱仪的灵敏度是一个衡量可见光输入与光谱输出关系的参数，可以在海洋光学软件中看到这个参数。

检测器灵敏度，不是指光谱仪灵敏度，通常是可以通过以下两种方法表示的：

1.单位入射辐射功率（单位：瓦）的输出电流（单位：安）

灵敏度可以由在给定辐射功率的发光光源条件下，检测器输出的电流值来确定。这种方法测得的单位通常是A/W（这经常作为检测器的响应率，见NEP）。当灵敏度被表达成A/W时，检测器的量子效率和灵敏度由以下公式得出：

QE = Sx1240/λ x 100 (%),这里λ是波长，单位是nm。

2.单位入射曝光量（单位：lux.s）的输出电压（单位：V）

灵敏度也可以由在一定大小的曝光量下，检测器的输出电压值来确定。通常这种方法测得的灵敏度单位是V/lux.s。

3、灵敏度可以表示成生成每隔count时需要的入射光的光子数量。海洋光学说明书通常显示在特定波长下（通常在400nm和600nm）counts（计数值）（在OceanView 或SpectraSuite软件中y-轴的数值）与入射光子数量的比值。这个定义是最有用的定义，因为它直接反应了用户在海洋光学软件上看到的结果。

Shot Noise

散粒噪声

散粒噪声是统计产生的变化，它存在于任何离散的随机系统中。与光谱仪有关的散粒噪声的类型有光子噪声和暗噪声。

Signal to Noise Ratio

信噪比

信噪比（SNR）的定义是，在一个特定的信号水平，信号强度与噪声强度的比值——因此它会随着测量不同而有所不同。由于光子噪声的原因，噪声通常以信号函数的形式增长,信噪比函数实际上是单个信噪比值与它们获得的该信号的曲线图。海洋光学数据表中记载的光谱仪信噪比值是最大可能的信噪比值（在检测器饱和状态下获得）。假设每一个像元的信噪比响应曲线都相同。

具体测量如下：当挑选好光源，以便在最低的积分时间或积分时间远低于热噪声限制的积分时间内使光谱峰值饱和（光谱仍需要有低于0 counts（计数值）或其左右的区域）；想要计算信噪比，需要取100个没有光入射的扫描，计算出每个像元的平均基线值，再取100个有光入射的扫描，计算出每个像元输出值的平均值和标准差；然后信噪比由以下公式给出：

SNRρ = (S – D)/σρ

这里

SNRρ=信噪比

S=光照条件下样品信号强度平均值

D=黑暗条件下信号强度平均值

σ=光照条件下样品信号强度标准偏差

ρ=像素序号

想要获得完整的信噪比与信号图，画出计算得到的SNRρ值（噪声）和Sρ – Dρ值（信号）。这将涵盖了一个很宽的峰值范围（从光谱暗状态到近乎饱和）。因为所有的像元都有相同的响应曲线，所以信噪比和信号图的数据可以来自不同的像元。因为在信号大值的时候，光子噪声是主要的噪声来源，故理想的光谱图应该与y = √x的图形相似。

请注意，应用不同类型的信号平均方法可以提高信噪比。在基于时间的信号平均时，信噪比将以光谱扫描次数的平方根增加。举例说明，信噪比为300:1,如果将100次扫描取平均时，信噪比会变成3000：1。在基于空间的信号平均时，信噪比将以取平均的像元数量的平方根增加。

虽然这些方法对于获得精确数据是有用的，但它会混淆不同光谱仪的比较。海洋光学给出了所有光谱仪的没有通过信号平均方法获得提升的信噪比值。我们的一些竞争对手利用信号平均的方法，人为的提高一些质量较差的光谱仪的信噪比。

Slit

狭缝

狭缝的宽度与光学分辨率有关，宽度越小，分辨率越大，但是进入光谱仪的光线越少，灵敏度也就越低。大多数海洋的设备：狭缝高度为1000微米，宽度从5微米到200微米。对于没有狭缝的光谱仪来说，光线的直径限制了进入光谱仪的光量，所以，光纤直径起到了狭缝的作用.

**Spectral sensor **

光谱传感器

光谱传感器是海洋光学产品系列中的新增产品。这类产品是微型光谱仪设备，并且有单独的配件产品线。第一款产品是SPARK-VIS。

这类产品在设计之初就为了这些目的：批量生产、低成本、小体积。SPARK-VIS是我们最低成本的光谱仪，并且精简版本是最轻的光谱设备，仅重1克。

在工作原理方面，光谱传感器与其他光谱仪不同，它用的不是光栅，用的是固态光学组件，这是海洋光学的系技术。这个传感器用于定性和定量测量。

Stray Light

杂散光

杂散光是指光意外落在检测器上的任意位置，并导致错误的读数。检测器可能无法区分出落在一个像元上的多个波长，它只能简单的测量出入射光的强度；因此当光照在检测器错误的对应波长处，检测器就会错误的输出这个波长处的读数。这种杂散光是典型的通过一个特定光源发出，但经过光谱仪分光后照在检测器错误的位置，或者也可能完全由两个不同的光源发出。这些光经常会导致系统的动态范围中出现一个有效工作范围，这会限制系统的暗程度进而降低系统信噪比。颜色或吸光度的绝对值可能会受杂散光的影响。如下为引起杂散光的主要原因：（测试标准：用标准滤光片或者标准溶液）

•2阶和3阶衍射

•衍射光栅的缺陷

•光谱仪的内部反射

•光谱仪外壳漏光（外界光进入到光谱仪）

**Triggering **触发

触发是许多海洋光学的光谱仪可以应用的一个特点，跟一般的光谱过程有关。第一类：一个采样系统之外的事件（按键或者脉冲激光）可以触发光谱仪，使光谱仪开始数据采集过程。这种触发是海洋光学的“外部触发”。另一种触发是光谱仪引入一个外部设备（比如灯）去指示光谱仪立即采集数据。这被称为是“外部事件触发”。

下面是应用在海洋光学光谱仪上的五种触发模式：

1、外部硬件边缘触发

光谱仪设定积分时间。当触发器的输入针脚上有一个尖锐的电压上升的信号时，光谱仪开始采集信号。这种触发是每当一个信号产生，光谱仪开始采集一个光谱信号（如果设定了多个采集过程）。当你使用一个脉冲激发信号或者光源、当你在做激光致荧光或磷光、当你想要你的采集过程与外部信号同步时，你可以用这种触发模式

2、外部硬件水平触发

光谱仪设置积分时间，当光谱仪接收到触发器电压信号时，开始采集数据，当信号消失时结束采集光谱数据。当你需要一个连续采集谱图时（在特殊情况下），比如样品达到某种特殊的，你想要测量的状态时，你可以用这种方式触发。

3、外部软件触发

积分时间在软件中设定。当软件接收到触发信号时，传输一个数据采集系统的光谱，并且触发发生在这个过程中。当你应用一个连续指示光源，并且光源的强度在触发前，触发过程中，处罚之后是连续变化的，你可以用这种触发模式。

4、外部同步触发

光谱仪在接收到外部信号后开始采集数据，当再次接受到信号后结束采集数据。在第二次接收到信号时，结束第一次采集，同时开始此二次采集数据。这种情况下，不用设置积分时间，因为触发器可以启动开始或者停止。当你必须要你的光谱扫描和外部信号同步时，当你用一个内部放大器或者用斩波器时，你可以用这种触发模式

5、正常/随机/连续

光谱仪连续采集数据，当没有任何外部需求时，可以使用。