AvaSpec 光谱仪可以安装多种类型的探测器，目前在 200-1100nm 波长范围内我们提供硅基 CCD 、 CMOS 和光电二极管阵列。在下一个章节 “ 灵敏度 ” 里表 4 中将有一个很完整的介绍。在 NIR （ 1000-2300nm ）范围则使用 InGaAs 阵列探测器。

CCD 探测器（ AvaSpec-2048/3648 ）

　　电荷耦合器件 CCD 探测器中储存着电荷，而当光子照射到其光敏面时电荷就会被释放。在积分时间的结尾，剩余的电荷就会传送到缓冲器中，然后这个信号被传送到 A/D 转换卡。 CCD 探测器具有自然积分的特性因此具有非常大的动态范围，它只受暗（热）电流和 AD 转换卡数据处理速度的限制。 3648 象素 CCD 具有集成的电子快门功能，因此可以达到 10 微秒的积分时间。

• CCD 探测器的优点是象元数多（ 2048 或 3648 ）、灵敏度高、响应速度快。

• 主要缺点是信噪比低。

紫外增强镀膜

　　对于需要使用 AvaSpec-2048/3648 型光谱仪并且波长小于 350nm 的应用，需要选择一种特殊的紫外增强探测器镀膜—— DUV 。未镀膜的 CCD 探测器对波长小于 350nm 的光信号的响应很低，而 DUV 镀膜增强了 CCD 探测器在 150-350nm 波长范围的响应， DUV 镀膜的弛豫时间很短（纳秒量级），因此非常适合于如激光诱导击穿光谱（ LIBS ）等快触发应用。

光电二极管阵列 (AvaSpec-102)

　　硅光电二极管阵列是一个由多个光电二极管单元（象素）组成的线性阵列，对于 AvaSpec-102 型光谱仪来说象元数是 102 。每个象元都包括 一个 P/N 结（正掺杂的 P 区和负掺杂的 N 区）。当信号光照射到光电二极管上时，电子就会被激发并输出电信号。大部分光电二极管阵列都包括读出 / 积分放大器一体式的集成化信号处理电路。

• 光电二极管的优点是在近红外区灵敏度高，响应速度快；

• 缺点是象元数较少，在紫外波段没有响应。

CMOS 线性成像探测器 (AvaSpec-256/1024)

　　所谓的 CMOS 线性成象探测器比 CCD 阵列传感器具有较低的电荷 - 电压转换效率，因此具有较低的光灵敏度，但是却具有较高的信噪比。 CMOS 比 NMOS 的转换增益高，而且内部读出电路中有箝位电路，可以把噪声抑制到一个很低的水平。

• CMOS 探测器的优点是信噪比高，紫外波段灵敏度高；

• 缺点是读出速率低、灵敏度低、成本相对较高（ 1024 个象元）。

InGaAs 线阵 成像探测器 (AvaSpec-NIR256)

　　InGaAs 线性 成像探测器 在近红外波长区域有着极高的灵敏度。探测器包括一个 CMOS 晶体管的电荷放大阵列，一个移位寄存器和一个时序产生模块。 Avantes 公司有 两种 InGaAs 探测器 供用户选择 ：

• 256 像素非致冷型 InGaAs 探测器 ， 可用于 1000-1700nm 波长 范围。

• 256 像素 2 级致冷型扩展 InGaAs 探测器， 可用于 1000-2300nm 波长范围。

图 5 探测器光谱响应曲线

·　灵敏度

　　探测器象元在某一特定波长处的灵敏度定义为照射到该象元上的单位辐射能量（光子）所产生的电信号强度。对于一个给定的 A/D 转换卡来说可以理解为每毫焦耳入射光能量所产生的电子记数值。

　　入射到光谱仪中的光能量与照射到单个探测器象元上的光能量之间的关系主要取决于光谱仪光学平台的结构设计，主要影响因素有光栅的效率、入射光纤或狭缝的尺寸、光学镜片的性能、是否使用灵敏度增强透镜等。对于一个给定配置的光谱仪能够测量六、七十倍的光辐射级次。

　　表 4 给出了一些标准探测器的参数。作为可选项的灵敏度增强透镜（ DCL ）可以直接安装在探测器阵列上。这个石英透镜（如用于 AvaSpec-2048/3648 的 DCL-UV ）可以把系统的灵敏度提高 3-5 倍（取决于所用的光纤芯径）。

　　表 4 中的灵敏度是针对目前 AvaSpec 系列光谱仪所使用的探测器，单位是每毫秒积分时间内的电子记数值。

　　为了对比不同探测器阵列，我们假设所有光谱仪都采用 600 线 / 毫米的光栅，而且不加灵敏度增强透镜 DCL 。光谱仪都选用 8 微米芯径的光纤，并连接到标准的 AvaLight-HAL 卤素灯上。这相当于 1μWatt 的输入光能量。

　　近红外（ NIR ）探测器的参数可以在 AvaSpec-NIR256 产品信息中的技术参数中找到。

* DUV 镀膜

** PNRU （ 光子响应非均匀性 ） = 当均匀照明时，象元输出最大偏差除以信号平均值。

·　杂散光和二级衍射效应

1 ．杂散光

　　杂散光是错误波长（非对应信号光波长）的光辐射照射在探测器象元上所产生的信号，杂散光的来源是：

• 周围环境光辐射；

• 光学元件缺陷所产生的散射光或非光学元件产生的反射光；

• 不同衍射级次间的重叠。

　　把光谱仪安装在光密封的外壳内可以有效地消除周围环境带来的杂散光。

　　当光谱仪工作在探测极限时（微弱光探测），则来自于光学平台、光栅、聚焦镜的杂散光强度就决定了光谱仪的最终探测极限。大多数光栅都是全息型光栅，杂散光很低。杂散光的测试方法是用激光束照射到光谱仪上，然后测量远离激光波长处象元的光强。另一种方法是用卤钨灯作为光源并配合长通或带通滤光片进行测试。

　　AvaSpec 光谱仪典型的杂散光参数是 <0.05%@600nm; <0.1%@435nm; <0.1%@250nm 。

2 ．二级衍射效应

　　对于低线对数光栅（宽可测波长范围）来说，往往会发生光栅的二级衍射光之间的重叠。这些高级次衍射光在大多数场合可以忽略不计，但在某些场合下则必须考虑。解决的方法就是把信号光限制在不可能出现级次重叠的光谱区。具体的方法可以通过在光谱仪入口的 SMA 接口处安装一个长通滤光片或在探测器前面的保护窗镜上镀特殊膜层来实现。该保护窗所镀的膜层通常是一个长通滤光片（ 590nm ）或两个长通滤光片（ 350nm 和 550nm ），取决于所选择的光栅型号及其光谱范围。#p#分页标题#e#

　　表 5 中所示为光谱仪光学平台内可以加装的各种滤光片。通常推荐使用如下长通滤光片： OSF-475 与 NB 或 NC 型光栅搭配； OSF-515/550 与 NB 型光栅搭配； OSF-590 与 IB 型光栅搭配。

　　此外，除了消二级衍射效应我们还在 Sony 2048 和 Toshiba3648 探测器上进行了部分深紫外（ DUV ）镀膜，目的是消除来自紫外区的二级衍射效应，并在可见区提高灵敏度和降低噪声。这种部分深紫外镀膜对于下列型号的光栅是自动配置的：

• UA ， 200-1100nm ， DUV400 ，只在前 400 个象素点上镀膜；

• UB ， 200-700 nm, DUV800, 只在前 800 个象素点上镀膜。

　　AvaSpec 光谱仪有多种探测器，目前在 200-1100nm 波长范围内我们提供 CCD 、 CMOS 和光电二极管阵列。在下一个章节 “ 灵敏度 ” 里表 4 中将有一个很详细的介绍。在 NIR （ 1000-2300nm ）范围则使用 InGaAs 阵列