CCD光譜儀(電荷耦合器件)主要用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行光譜分析，廣泛應(yīng)用于物質(zhì)成分檢測、光學(xué)特性分析等領(lǐng)域。通過將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)波長范圍(如200-2400nm)內(nèi)的光譜數(shù)據(jù)采集與解析，支持微弱光檢測環(huán)境下的高精度測量。
光譜 CCD 的工作原理基于光電效應(yīng)和電荷存儲(chǔ) / 轉(zhuǎn)移機(jī)制，與普通成像 CCD(如相機(jī) CCD)的核心差異在于：更側(cè)重 “波長分辨能力” 和 “光強(qiáng)檢測精度”，而非 “圖像清晰度”。具體過程可分為 4 步：
光吸收與電荷產(chǎn)生：光譜儀通過光柵、棱鏡等光學(xué)元件，將入射的復(fù)合光分解為不同波長的單色光，并聚焦到光譜 CCD 的感光單元(像素)上。感光單元中的半導(dǎo)體材料(如硅)吸收光子后，產(chǎn)生與光強(qiáng)成正比的光生電荷(電子 - 空穴對)。
電荷存儲(chǔ)：在 CCD 的電極電壓控制下，光生電荷被暫時(shí)存儲(chǔ)在像素對應(yīng)的 “勢阱” 中(類似 “小容器”)，存儲(chǔ)量隨曝光時(shí)間和光強(qiáng)累積(曝光時(shí)間越長、光越強(qiáng)，電荷越多)。
電荷轉(zhuǎn)移：曝光結(jié)束后，通過時(shí)序控制信號(hào)，將各像素的電荷按順序 “逐行 / 逐列” 轉(zhuǎn)移到 CCD 的輸出端(過程中無電荷損失，保證信號(hào)完整性)。
電信號(hào)輸出與量化：輸出端的電荷放大器將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，再通過 A/D 轉(zhuǎn)換器(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，后傳輸給計(jì)算機(jī)，結(jié)合光譜儀的波長標(biāo)定數(shù)據(jù)，生成 “波長 - 光強(qiáng)” 對應(yīng)的光譜圖。
應(yīng)用場景
工業(yè)檢測：用于冶金、鑄造等行業(yè)爐前及實(shí)驗(yàn)室場景，可檢測Fe、Al、Cu等多種金屬合金元素成分。
科研領(lǐng)域：應(yīng)用于天文觀測、遙感探測及工業(yè)檢測中，例如光學(xué)儀器校準(zhǔn)、材料特性分析等。
技術(shù)特點(diǎn)：采用背照薄型CCD陣列，配合平場凹面全息光柵技術(shù)，提升分辨率和雜散光抑制能力；支持高靈敏度檢測(動(dòng)態(tài)范圍達(dá)5200:1)，適用于低光環(huán)境。
更新時(shí)間：2025-10-14
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