术语表
我们编写本词汇表的目的是帮助您至少掌握一些整个行业中使用的光谱学和技术术语，并阐明信噪比、热稳定性和灵敏度等常见术语的定义。
是否有我们尚未解释的术语？请告诉我们，我们将把它添加到我们的词典中。
畸变
光学像差是指光学系统的性能偏离平行轴光学的预测值。在光谱仪中，光学像差通常表现为来自单点的光在通过系统后不能汇聚成一点，在光谱中表现为 “模糊 “或 “涂抹”。像差并不一定是由于光学元件的缺陷造成的，出现像差的原因是简单的准轴理论并不能完全准确地模拟光学系统对光线的影响。可能影响光学系统的各种像差包括以下几种：
- 色差–不同波长的光线被镜头聚焦到不同的点上，导致光谱中出现条纹图案。
- 昏迷–离轴点光源被遮挡，因此可能会出现尾迹。
- 散光–在两个垂直面上传播的光线被镜头聚焦在不同的距离上，因此图像的一部分可能聚焦，而另一部分则模糊。
- 球差 – 镜头边缘的光线比中心的光线聚焦得更锐利或更不锐利，导致锐利的物体边缘变得模糊。
通过使用精密光学仪器和薄膜涂层，可以减少其中一些像差的影响。像差会导致小狭缝的光谱峰值形状变得非高斯，最终限制了入口狭缝尺寸较小时系统的光学分辨率。
绝对（光谱）辐照度校准
绝对辐照度校准需要一个已知光谱功率输出的灯来校准光谱仪在每个像素上的响应。这将改变整个光谱的形状和幅度，修正仪器的单个仪器响应函数。修正后的光谱以每个波长每个面积的功率表示，通常以µW/cm2*nm 为单位。请注意，”绝对辐照度 “在技术上并不是这个量的正确术语；由于这个量与波长有关，正确的术语应该是 “绝对光谱辐照度”。
吸收率
吸光率以无量纲单位 AU 度量。要了解这与透射率的关系，我们必须考虑比尔-朗伯（或比尔）定律：
A = εlc
其中 A 是吸光度（单位 AU），ε是样品的吸收率（即在给定波长下的吸收率，单位 L*mol-1*cm-1），l是样品的路径长度（通常是比色皿的宽度，单位 cm），c 是样品的浓度（单位 mol*L-1）。因此，溶液的吸光度是一个有用的量，因为它与溶液的浓度c 成正比。当浓度达到一定程度时，这种线性关系开始失效，因为光谱仪在吸光波长处接收到的光越来越少，噪声也越来越大（噪声小的设备将获得更高的最大 AU 限值）。
比尔定律还指出，离开样品的光强 I 与样品上的入射光强I0（通常称为透射率 T）之比由下式给出（请注意，吸收率 ε 和光强 I 与波长有关，因此在吸光度计算中通常只使用吸光度峰值波长的光强和样品在该波长的吸收率）：
T = l/l0∝ e-A= e-εlc
由于 A 是无量纲的，通常按比例计算，得出以下关系式：
A =log10 1/T =log10 I0/I
因此可以看出，如果已知样品溶液的浓度增加一倍，吸光度 A 值将增加一倍，而透射率 T 将下降到原始值的 10%。
请注意，当吸光度测量值达到特定光谱仪配置可达到范围的上限时，可能需要将此计算值 （log10(1/T)）称为未校正吸光度。当您接近工作台的杂散光极限时，您需要使用由已知吸光度值的参考吸光度测量值（如 OD5 过滤器）生成的转换函数来校正该值。该曲线表明，在一定的 OD 范围内，AU 测量是相当准确和线性的，但当超过杂散光阈值时，就需要进行调整（通常是向下调整）。
模拟输入/输出
模拟输入/输出引脚允许光谱仪与外部设备通信。例如，输出引脚上的电压可在指定范围内增量变化，以控制外部设备，因此由模拟输出引脚控制的灯可根据光谱仪产生的电压改变强度。在这种情况下，可将灯的强度设置为 0 V 时为零，+5 V 时为最大，灯的亮度以 0.1 V 为增量逐渐变化。反过来，模拟输入引脚可以接受来自外部设备的变化电压，以改变光谱仪系统的某些特性（如触发延迟）。与 GPIO 引脚（只存在开或关状态）不同，模拟输入/输出引脚是渐进式可变的。
模数转换器 (ADC)
光谱仪中的这一组件负责将探测器的电压转换成数字信号，然后发送到计算机并由计算机进行处理，以便进行图形显示。入射光子在探测器像素中产生电子，然后由 A/D 转换成数字信号。A/D 向计算机发送数据的速度以 MHz（每秒百万次）为单位。由于探测器的最大时钟速度通常是光谱仪系统速度的限制因素，因此 A/D 速度规格通常不应被用来比较不同光谱仪的性能。此外，设备中其他电子元件的速度也会限制光谱仪的整体吞吐率。因此，模数转换器的速度或分辨率并不是光谱仪的优点。
自动拉伸
某些光谱仪的自动归零功能可将光谱仪的基线偏移调整到用户定义的水平。当尝试使用两台不同的光谱仪观测同一光源时，该功能非常有用。使用自动ulling 功能，可以使不同光谱仪的基线相互匹配。
平均化（时间和空间）
在查看或捕捉频谱时，可以进行两种信号平均：基于时间的平均和基于空间的平均。
基于时间的平均法通过计算单个像素在多次光谱扫描中的平均输出来增加捕获的光谱信息量。这一过程比查看一次扫描结果花费更多时间，但能产生更高的信噪比 (SNR)，并能稳定波动的数据。信噪比将以基于时间的平均值数量的平方根递增。例如，如果使用 100 次平均值，信噪比将增加 10 倍，但测量所需的时间将是单次扫描的 100 倍。
基于空间的平均法（或海洋光学软件中的箱车平滑法）通过将相邻像素的值平均在一起，在视觉上平滑单次扫描的结果。这一过程提高了信噪比，但牺牲了光学分辨率。空间平均法在光谱相对平坦且相邻像素之间变化较小的情况下非常有用，因为由此造成的分辨率损失会使锐利的光谱特征难以分辨。使用空间平均法时，信噪比将按平均像素数的平方根增加。
背景光谱
背景是信号电平，代表没有样本存在时的预期输出。这与暗色或暗色光谱不同，后者代表绝对无光时的预期输出。从下面的例子中可以看出这一重要区别：
考虑使用光纤导引光源但在室内环境光下进行反射测量。在这种情况下，即使测量的是完全黑色的样品，室内光线也会进入输入光纤。如果阻断输入光纤，就会阻断所有光线，无法将背景光考虑在内，从而导致完全黑色的样品仍然显示出一些反射，因为室内的环境光会被理解为来自样品。在采集背景光谱时，应只防止参考光进入光谱仪；在这种情况下，采集背景光谱时应关闭光纤导光光源，以考虑到背景照明。
带隙
在硅探测器等半导体中，带隙指的是价带顶部和导带底部之间的电子能量差。当能量与带隙相匹配的光子落在探测器上时，电子就会从价带上升到导带，并加入像素 “池 “中进行处理。电子被储存在像素井中，直到累积的电荷从探测器中移除并传输到 A/D 转换器。转换器输出经处理后形成所需的光谱。
不过，电子也可能因受热而升高。探测器无法将这些电子与光子吸收产生的电子区分开来。这些不需要的电子就是暗噪的原因。由于光子的能量随着波长的增加而减少，1100 纳米以上的红外光子无法用硅 CCD 检测到，因为它们缺乏促进电子穿过带隙的必要能量。红外光谱仪通常使用 InGaAs 检测器，因为与硅检测器相比，InGaAs 的带隙更小，波长截止点更高。带隙较小的一个副作用是 “热促进 “电子产生的暗噪较高。
基线漂移
光谱仪的基线漂移是指温度变化导致平均基线偏移的总体偏差。随着温度的升高，暗噪导致的计数增加。不过，根据探测器的不同，电子偏移量可能会随着温度的升高而增大或减小。
索尼 ILX511B 检测器就是一个很好的例子，它说明了温度升高是如何导致基线下降的，因为负电子偏移效应掩盖了暗噪声带来的微弱升高。理论上，温度变化可以在探测器中产生相同但相反的效应，从而抵消任何基线漂移。
基线噪音
基线噪声是读出噪声、暗噪声和电子噪声的总和。基线噪声规格的测量方法是：将分光计设置为最低积分时间（将暗噪声降至可能的最低值），然后从分光计中移除所有光线并记录 100 个光谱。每个像素输出的标准偏差的平均值就是设备的最小基线噪声（原始计数）。基线噪声不是一个优点数字，但可用于计算动态范围。
基线偏移
基线偏移指的是设备在无光照时报告的计数数。探测器上的每个像素的这一数值可能略有不同。像素与像素之间偏移差的形状会导致固定模式噪声。造成基线偏移的基本因素有三个：电子偏移、暗电流和读出噪声。通过对整个探测器的所有基线偏移进行平均，可以计算出设备的单个平均值。
弯曲半径
光纤在无损坏风险的情况下可弯曲成的最小圆半径。这个术语可能有点令人困惑，因为数字越小，表示允许的弯曲越紧。这个半径是纤维直径的函数，较大的纤维硬度更高，最小弯曲半径也更大。
- LTBR（长期弯曲半径）：作为储存条件下允许的最小半径。
- STBR（短时弯曲半径）：在使用和搬运过程中，应遵守允许的最小半径。
最佳效率（衍射光栅）
所有划线或全息蚀刻光栅都能优化某些波长区域的一阶光谱；”最佳 “或 “最有效 “区域是效率大于 30% 的范围。在某些情况下，光栅的光谱范围大于有效衍射范围。例如，海洋光学 1 号光栅的光谱范围为 650 nm，但在 200 nm 至 575 nm 的 375 nm 范围内效率最高。在这种情况下，由于光栅的效率降低，检测器上看到的波长大于 575 nm 的光强明显较低。
双向反射分布函数 (BRDF)
描述在指定的输出和输入方向上，从表面射出的辐射量与射入表面的辐照量之比的函数，因为输入和输出方向都是二维的（方位角和天顶角），所以整个函数是四维的。由于正常 BRDF 不包括波长项，因此对光谱分析不是很有用，也不是大多数表面的良好模型。添加入射波长项可以轻松解决这个问题。不过，完整的 BRDF 需要测角仪的设置，而且大多数情况下并不需要完整的与波长相关的 BRDF – 一个简单的子集或近似值就足够了。
例如，一个表面通常只有漫反射（45° 输入角，0° 输出角）和镜面反射（0° 输入角，0° 输出角）。
炽热波长（衍射光栅的波长）
对于直尺光栅，光斑波长是效率曲线的峰值波长。直尺光栅中三角槽的斜率通常经过调整，以提高特定波长下特定衍射阶次的亮度。全息光栅具有正弦曲线沟槽，因此亮度较低，但散射光水平低于规则光栅，从而减少了杂散光。全息光栅没有炽热波长。
蓝光危害
这一术语是指可见光谱内的波长（特别是 400-500 纳米范围内的波长）可能对视网膜造成的损害，而不是已知会造成损害的紫外线波长。据信，430 纳米以下的光线会对视网膜造成特别严重的损伤。光谱仪可以提供光源所有相关波长的详细数据，而不是将整个光谱归结为简单的 xy 色度。
箱车平滑
箱车平滑法是一种空间平均法，可应用于光谱。这种处理方法通过平均相邻像素的值来消除噪声，从而提高信噪比，但会牺牲光学分辨率。空间平均法在光谱相对平坦、相邻像素之间变化不大的情况下非常有用，因为由此造成的分辨率损失会使锐利的光谱特征难以分辨。使用空间平均法时，信噪比将按平均像素数的平方根增加。请注意，在海洋光学软件中，输入的箱车宽度值是将单个像素左侧和右侧的像素数量平均到一起。箱车平滑值为 4 时，实际是将 9 个像素（左边 4 个像素 + 中间 1 个像素 + 右边 4 个像素）平均在一起，信噪比提高了 3 倍。 同样，箱车平滑值为 2（5 个像素）时，信噪比提高了 2.2 倍，箱车平滑值为 0（1 个像素）时，信噪比提高了 1 倍（光谱保持不变）。
由于大多数光谱仪都会对光谱进行 “超采样”（即光学分辨率超过探测器上两个像素之间的距离），因此可以对相邻几个像素的信号进行平均，以降低噪声而不损失光谱分辨率。在 OceanView 中，这种类型的降噪是通过箱车平均来实现的。通过 “箱车宽度 “设置来选择平均值中包含的中心像素两侧像素的数量，0 表示不进行平均。
但是，一旦平均值中包含的像素总数超过光谱仪的像素分辨率，就需要在平滑与光谱分辨率之间进行权衡。光谱仪的像素分辨率取决于光谱仪的工作台和狭缝尺寸（请参阅 “光谱仪狭缝尺寸的选择如何影响光学分辨率？）以 10 µm 狭缝的光谱仪为例，2 或更大的箱车宽度将开始降低光谱仪的分辨率。这通常不是一个问题，但在要求高分辨率的应用中，或在存在容易导致探测器饱和的尖锐特征（如氘灯光谱中观测到的 D-α 线）的应用中，则应加以考虑。
CCD 背面减薄探测器
传统硅 CCD 检测器的正面包含多个结构，负责将电子电荷从像素中转移出来。这些结构在一定程度上减少了所有波长光子的穿透。它们会大大减少 450 纳米以下的光子，并完全阻挡 400 纳米以下的光子，从而使标准硅探测器在紫外线波长范围内的响应较差。背面减薄探测器通过蚀刻减薄的探测器芯片背面照射光线，从而克服了紫外线吸收的问题。紫外线光子从芯片背面进入，不需要通过这些吸收结构就能被探测到，从而大大提高了芯片在紫外线范围内的灵敏度。不过，蚀刻工艺成本高昂，而且生产出的芯片易碎得多。另一种提高检测器紫外线性能的方法是使用在紫外线下会发出荧光的紫外线涂层。这种涂层会发出较低频率的光子，这些光子可能会被探测器紫外端像素接收到。
电荷耦合器件 (CCD)
电荷耦合器件（CCD）是一种电气元件，负责将进入的光子转换为电荷。光谱仪中的探测器就是 CCD 的一个例子，它用于测量进入系统的每个波长的光量。当光子落在 CCD 的不同像素上时，就会产生并存储电子。在记录样本后，累积的电荷会从芯片中转移出来，数字化并发送到计算机进行分析。光谱仪的输出显示为光谱。
色度
使用海洋光学光谱仪可测量样品的色度或颜色。色度是一种光度参数（与人眼的反应相匹配），通常以 CIE 标准坐标给出。人眼含有锥状细胞，可作为红、绿、蓝三色传感器；您 “看到 “的每种颜色都是这些细胞输出的组合。同样，分光计通过近似这些传感器的光度响应（基于其光谱输出）来计算样品的颜色，以最接近我们所看到的颜色。分光计还可以更进一步，对看到的样品颜色进行量化，并计算出以下参数：
- 相关色温 (CCT) – 这是黑体辐射源的温度，它发出的光的颜色与样品的颜色最接近。令人困惑的是，如果光源的颜色偏蓝，就可以说它是冷光源；如果光源的颜色偏红，就可以说它是暖光源，而黑体会随着温度的升高而从红变黄、白变蓝。CCT 很高的蓝色 LED 可能比 CCT 低得多的红色 LED 看起来更 “冷”。
- 色彩饱和度 – 这是衡量样品色彩丰富程度的标准。较白的样品，即接近下图色度图中间的样品，其 “色彩饱和度 “低于接近色度图边缘的样品。这个术语不能与饱和度混淆。
- 主波长（Dominant Wavelength）–这是从 CIE 颜色图中的白色 “中心点 “通过样本 CIE 坐标投射到图边缘的直线所到达的波长。这不一定是光谱中最高峰的波长。
色度通常用 CIE 图来说明，该图包含了人眼可感知的所有色调。在图的边缘（从底角开始顺时针方向移动），可见波长不断增加。将图中边缘波长的颜色混合起来，就能产生各种颜色。样本通常采用 CIE xyz 坐标，但也常用 L*a*b* 等其他坐标。
样品的感知颜色会随入射光线的变化而变化，因此在进行色彩反射测量时，必须说明用什么光源照射样品。
CMOS 探测器
CMOS（互补金属氧化物半导体）探测器的功能与 CCD 探测器相同，都是将入射光子转换为电荷。与 CCD 相比，CMOS 检测器是一种较新的技术，其推动力来自智能手机摄像头。
CMOS 探测器的每个像素都附有一个放大器，用于将测量后的累积电荷传输到 A/D 转换器（而 CCD 则是将每个像素的电荷单独传输到一个放大器）。与 CCD 相比，CMOS 检测器可能含有更多的固定模式噪声，因此需要对每个像素进行单独的线性校正。CMOS 检测器确实减少了从一个像素到邻近像素的电荷泄漏，从而提高了峰值的清晰度。CMOS 探测器的运行速度通常比 CCD 快得多。
准直
进入样品或光谱仪的光可分为准直光和漫射光。准直光只包含平行的光束，而漫射光则包含多个方向的光束。
对于某些技术，例如吸光度测量，准直光必须进入样品，然后穿过样品，在另一端被光谱仪捕获。为了确保海洋光学光谱仪能够实现这一目标，必须将准直透镜连接到光源的光纤和光谱仪的光纤上。
通信总线
通信总线是光谱仪向计算机传输数据的端口。海洋光学光谱仪利用 USB、RS-232、SPI、I²C 或以太网与计算机连接。
余弦校正器
余弦校正器是一种光学扩散器，可捕捉 180° 视场的光信号。它们通常与光纤耦合，或在某些情况下直接与光谱仪的光圈耦合。它们非常适合测量平面的辐照度。
暗流
暗电流是随机热波动产生足够的能量，推动电子穿过带隙，产生电子-空穴对的结果。电子-空穴对被局部电场分离，自由电子被储存在阱中。光谱仪无法将这些热电子与入射光子产生的电子区分开来，因此它们在光谱中显示为噪声。在给定温度下电子-空穴对的生成率称为暗电流。暗电流的波动是入射噪声的结果，并产生暗噪声。由于暗电流是电子-空穴对的持续产生，因此积分时间越长，暗电流产生的电子数量就越多。CCD 的热电冷却可显著降低暗电流和暗噪，在实际应用中，高性能光谱仪通常会冷却到在典型曝光间隔内暗电流可忽略不计的温度。
黑暗噪音
暗噪产生于 CCD 硅结构中热产生的电子-空穴对数量的统计变化。暗噪与光子产生的信号无关，但与设备温度密切相关。给定 CCD 温度下的电子生成率称为暗电流。暗噪是一种射击噪声，与暗电流有直接关系，相当于积分时间内产生的电子数的平方根。CCD 的热电冷却可显著降低暗电流和暗噪。在光子能量极低、暗噪声很容易淹没有用信号的光谱仪中，热电冷却可将暗电流降至曝光间隔内可忽略不计的水平。
黑暗光谱
暗光谱是光谱仪在给定积分时间内，在没有光（来自样品或环境光源）的情况下，计数与波长值的集合。该光谱用于校正基线偏移和固定模式噪声。在其他海洋光学文献中，暗光谱也被称为 “暗信号”。请注意，这与背景光谱不同，后者代表的是在没有参考光的情况下光谱仪的信号。
数据传输速度
数据传输速度是指设备每秒可获取和传输的光谱数量（假设接收设备不产生延迟）。这个数字通常取决于通信总线。最大数据传输速度不能简单地用1/最短积分时间来计算，因为除了积分时间外，还有其他延迟源。
死像素
像素或像素组的响应明显低于周围像素的平均值。有时也称为缺失。如果该像素只是响应较弱，而不是完全失真，则可将其视为仪器响应功能的一部分，并通过适当的参考进行校正。不过，像素的响应速度降低会导致该像素的信噪比降低，但这通常不是问题。如果像素太弱或完全无响应，则可将其视为有缺陷的像素并进行内插。
有缺陷的像素
出现不可接受行为的像素。这种行为可能是一个死像素、一个弹出像素或一个不可接受的热像素。典型的解决方法是不使用该像素，用一个内插值代替。例如，NIRQuest 系列光谱仪支持存储像素位置以供参考。OmniDriver 和 OceanView 会自动用该像素前后相邻良好像素的平均值替换该像素。
探测器
光谱仪中的探测器捕捉光线并输出电信号。海洋光学的光谱仪采用 CCD 或 CMOS 探测器，通常由硅（紫外-可见光测量）或铟镓砷（近红外测量）制成。
这些半导体材料会因光子释放的电子而积累电荷，然后在每次读数结束时读出电荷值。对每个像素的读出值进行处理，并计算出光谱。
衍射光栅（又称光栅）
在光学中，衍射光栅是一种具有周期性结构的光学元件，它能将光分成几束并衍射到不同的方向。这些光束的方向取决于光栅的间距和（对光谱学来说最重要的）光的波长。在光谱仪中，光栅起着色散元件的作用。
大多数光谱仪利用光栅将进入的光束分成不同波长的光束。这就利用了光学原理中的衍射原理：不同波长的光束会通过不同角度从色散元件透射或反射出来，从而将一束多波长光束分离成许多单波长光束。
海洋光学公司提供一系列衍射光栅，以满足各种波长范围和分辨率的要求。通常情况下，必须在这两个参数之间取得平衡：当光栅上的线数/毫米增加时，分辨率会提高，但可能发生散射的波长范围会缩小。
扩散
进入样品或光谱仪的光可分为漫射光和准直光。漫射光包含多个方向的光束，而准直光只包含平行的光束。
要进行自由空间测量，可在光谱仪上安装 Ocean Optics 扩散器附件。这将捕捉 180º 视场内的光线。这些扩散器还可用于捕捉来自平面的光谱辐射。
分散（概念）
色散是指光的波长分离。在光谱仪中，光的分离可以由棱镜或衍射光栅来实现。正是这种光的色散使得不同波长的光可以照射到探测器上的不同像素上。
分散度（值）
衍射光栅的光谱范围与探测器元件数量之比称为色散。该值以纳米/像素为单位，与像素分辨率一起用于确定光谱仪的光学分辨率。请注意，海洋光学对色散的定义与衍射光栅的常用单位略有不同。
退出像素
一个或多个死像素或弱像素。
动态范围（单次采集/系统）
动态范围是最大可检测信号（在接近饱和时看到）除以最小可检测信号–可以认为是光谱仪可分辨的不同强度元素的数量。最小可检测信号被定义为平均值等于基线噪声的信号。这表示信噪比为 1。
单次采集的动态范围规格是在最短积分时间下报告的，它提供了尽可能高的动态范围。整个系统的动态范围规格定义为最长积分时间下最大信号与最小信号之比，以及最大积分时间与最小积分时间之比。
DRsingleacquisition= 最短积分时间内饱和/基线噪声时的计数数
DRsys= (饱和时的计数数/最长积分时的基线噪声) x (最长积分时间/最短积分时间)
电黑校正
为了补偿基线偏移量随时间发生的变化，某些海洋光学光谱仪会对一组像素进行光学遮蔽，以防止光线进入这些像素。启用电暗校正后，这些暗像素产生的输出值将被平均，然后从探测器中所有像素报告的值中减去。这样，探测器所有像素的基线偏移读数（无光）就会降至接近零，更重要的是，它能自动补偿实验过程中可能出现的基线偏移变化。强烈建议使用电暗校正。
电子噪音
电子噪声的一个组成部分是 A/D 转换器信号路径中产生的噪声。这可能是设备中其他电子元件耦合进来的噪声、放大器噪声或 A/D 转换中的误差造成的。完全相同的电荷转换不一定会产生完全相同的 A/D 转换结果。电子噪声中也会出现量化误差。
电子偏移
电子偏移是探测器输出最低电压时显示的计数数。这是探测器输出电压如何映射到 A/D 转换器输入电压范围的结果。这个数字与暗噪声、读出噪声、电子噪声和有用信号光子无关。电子偏移可能与温度有关，在某些设备中，基线偏移可能会随着温度的升高而降低，而不是像典型的 CCD 所预期的那样升高。
包括 HR2000+ 和 USB2000+ 光谱仪在内的早期型号光谱仪就会出现这种现象。在短积分时间内，大部分基线偏移值都是电子偏移的结果。当没有光存在时，基线噪声会增加该值，使图表上显示的计数数增加。
F 号码
f 数是光学元件直径与焦距的比值，与数值孔径有关。例如，海洋光学公司许多光谱仪的准直镜是ƒ/4（有时写成ƒ:4 或 ƒ-4）。这意味着焦距是镜面直径的四倍。f 值较小的光学元件聚光能力更强，但与 f 值较大的元件相比，更容易受到像差的影响。在任何复合光学系统中，有效的 f 数由 f 数最大的光学元件决定。
现场可编程门阵列 (FPGA)
现场可编程门阵列（FPGA）是一种逻辑芯片，包含运行某些海洋光学光谱仪所需的程序代码。与预先印制的电路板不同，当需要更新固件时，FPGA 可以重写以进行更改。
功勋人物
“性能指标 “是一个通用术语，并非光谱学专用。它指的是对比较设备或系统的效用最有用的规格。重要的是，要清楚地识别任何系统中真正的性能指标，而忽略其他与最终性能无直接关系的指标。在评估光谱仪时，这些就是关键的性能指标：
- 动态范围
- 光学分辨率
- 信噪比
- 敏感性
- 游离光
- 波长范围
- 热稳定性
固件
固件是永久存储在光谱仪存储芯片上的程序代码。固件指示光谱仪如何运行光谱仪中的所有电子设备，并允许设备与用户计算机连接。固件还保留了某些控制光谱仪性能的操作参数（如波长校准系数）。
固定模式噪声
每个像素都是独立的检测器，其基线偏移和灵敏度可能与相邻像素略有不同。这种灵敏度差异被称为光响应不均匀性（PRNU）。这会在数据上产生非随机结构。其影响可在软件中通过减去暗光谱和执行辐照度校准来补偿。
荧光
荧光是两种不同频率或波长的光的吸收和随后发射。在实验装置中，当较低波长段的入射光从一个方向被吸收，而较高波长段的光则向所有方向发射时，通常会出现这种现象。当样品吸收紫外线（人眼不可见）并发射可见光时，这种现象最为明显。
一个样品分子可能会被射入的光子激发出电子和振动状态，通过加热其周围的样品弛豫到较低的振动状态，然后通过发射比吸收的光子能量更低（波长更高）的光子返回电子基态。
荧光可用于研究多种样品，因为荧光分子会吸收某种波长的光并发射另一种波长的光。在已知入射光波长的情况下，可以通过荧光发射光谱来识别样品。由于荧光发生在分子尺度上（通常是一个光子入射，一个光子出射），因此这是唯一能够识别单分子的光谱技术。另请参阅 “测量技术中的荧光 “。
荧光涂层
荧光体是一种涂层，可涂在检测器上以提高紫外线灵敏度。这种涂层可发出较低频率的光子，探测器紫外端像素可捕捉到这些光子。请参阅 “紫外线涂层”。
焦距
透镜或反射镜的焦距是入射平行光汇聚到空间中一个点的距离。
光谱仪所能产生的色带的狭窄程度与其准直镜的焦距直接相关。光学系统的焦距越长，光学分辨率就越高。但使用较长的焦距会减少光源可接受的光量，因为较长的焦距对应较低的数值孔径。
半最大值全宽 (FWHM)
在分析图表上的光谱峰时，半最大值全宽（FWHM）是描述峰形状和总体值的有效方法。FWHM 是最大值两侧两点的波长差，在这两点上的强度是峰值最大值的一半。这不仅可以测量峰值的高度，还可以测量峰值的宽度。同样，四分之一最大值时的全宽（FWQM）也可用于描述峰值的扩散。
通用输入/输出（GPIO）
通用输入/输出 (GPIO) 引脚允许光谱仪与外部设备通信。这些引脚可设置为输入，接收外部设备的数字信号；也可设置为输出，从光谱仪输出数字信号，改变外部设备的状态。与模拟输入/输出引脚不同，GPIO 引脚的状态为打开（+5 V）或关闭（0 V）。电压不能在此范围内增量变化。
沟槽密度（衍射光栅的沟槽密度）
光栅的沟槽密度（毫米-1）决定了它的色散，而沟槽的角度则决定了光谱仪的最有效区域和发光波长。沟槽密度越大，光学分辨率越高，但光谱范围越窄。以毫米-1为单位的沟槽密度有时也被写成每毫米线数（l/mm）或每毫米沟槽数（g/mm）。
高通量虚拟狭缝 (HTVS)
从光纤电缆中发出的光呈圆锥形，由光纤的数值孔径描述。当光线进入传统光谱仪时，必须通过一个垂直矩形的开口狭缝。为了完全填满狭缝的垂直尺寸，狭缝左右两侧的大部分光线都无法进入光谱仪。对于窄缝来说，这意味着离开光纤的光中，能真正进入检测器的比例较低。尽管窄缝的光吞吐量较低，但由于它比宽缝具有更高的光学分辨率，因此还是比较理想的。
为了尽可能获得最佳的光吞吐量和分辨率，可以使用一种称为高吞吐量虚拟狭缝（HTVS）的替代设计。利用转向镜和透镜将光束的圆形切碎、操纵并重新组合成狭窄的垂直矩形。然后，这束光会像之前一样被分成不同的波长，并由探测器成像。因此，光不会被浪费，从而可以用更短的积分时间获得相同的光学性能。
热门像素
暗电流大大高于平均值的像素。热像素的暗电流温度曲线也可能与其他像素不同。热像素一般可视为暗光谱的一部分，并可通过存储背景进行校正。因此，热像素通常并不是一个真正的问题。过热的像素如果容易饱和，则可能难以使用。在这种情况下，最好将其标记为有缺陷。热像素通常会因暗电流较大而产生较高的暗噪。
仪器响应函数 (IRF)
海洋光学公司的每台光谱仪都具有所谓的仪器响应函数，即 IRF。IRF 描述了光谱仪在其波长范围内对光的响应。这种响应远非一致：光谱仪在每个像素上都会产生不同的响应（此处定义为对固定数量的光子产生的快速查看模式计数）。IRF 之所以不均匀，是因为光路中光学效率低下的累积效应。这些影响包括但不限于以下与波长相关的影响：光缆中光的衰减；反射镜对光的吸收；光栅效率；以及探测器响应。每个光谱仪的 IRF 都是独一无二的，无法真正测量。不过，可以对 IRF 进行补偿。两种常见的校正方法是相对辐照度和绝对辐照度计算。
整合时间
积分时间是指探测器在将累积电荷传输到 A/D 转换器进行处理之前收集光子的时间长度。最短积分时间是设备支持的最短积分时间，取决于探测器读出所有像素信息的速度。不应将积分时间与数据传输速度混为一谈。
抖动
在触发外部设备时，从信号发出到设备响应之间会有一定的延迟。这个值被称为延迟，是一致的，可以计算在内。而抖动则是触发延迟的不确定性。例如，光谱仪的触发规格可能是 8.3 μs ± 9 ns。在这种情况下，8.3 μs 是触发延迟，9 ns 是抖动。抖动值越小，触发外部设备的可靠性就越高。
朗伯反射镜
完美的扩散面–即无论输出角度如何，都具有相同的辐射输出。朗伯表面遵循朗伯余弦定律，即辐射强度与视角的余弦成正比。
延迟
参见抖动。
线性
线性度衡量的是光谱仪在整个强度范围内对光量的响应一致性。例如，如果稳定光源的 10 毫秒积分时间产生 500 个计数，那么 100 毫秒积分时间应产生 5,000 个计数。在理想的线性设备中，每秒计数与积分时间的关系图将是恒定的。与这条直线的偏差就是非线性度量。为了校正探测器的非线性，我们进行了一项实验，观察像素对恒定光源的响应随积分时间变化的情况。然后将数据与七度多项式拟合，并存储在光谱仪中，以校正未来的测量结果。
线性度不能与吸光度线性度混淆。后者是比尔定律中所述的线性–溶液在给定波长处吸收光，会在该波长处产生一个吸光峰，其强度随溶液浓度的变化而线性变化。因此，如果浓度增加一倍，吸光峰的高度也会增加一倍。例如，被称为 “2.5 AU 以下为线性 “的光谱仪在 2.5 AU 以下会显示出这种关系，超过 2.5 AU 后，这种关系就会中断（因为到达光谱仪的入射光较少，使得信号噪声相对于信号本身更为显著）。
噪音
噪声是频谱中所有无用信号的总称。它可以表现为高频、模糊的一系列线条，这些线条与所需频谱形状的轮廓相一致，也可以表现为频谱峰值的模糊，或频谱的低频调制。它是多种不同来源的组合，通常互不相关：
- 暗噪或热噪声–由探测器中受热膨胀的电子而非入射光引起（随温度升高而增大，但 TEC 可减少）。
- 光子噪声 – 由一定时间内撞击检测器的光子数量的统计变化引起（射击噪声），随入射光强度的增加而增加
- 电子噪音 – A/D 转换器和电子电路中产生的误差，被光谱仪误解为光信号
- 像差 – 不同波长的光学元件聚焦能力不同而造成的模糊/条纹
- 杂散光 – 光被散射/反射/折射到探测器的错误部分；这是系统噪声的一个例子
- 硬件的不完善/缺陷–死像素或镜头上的划痕可能会增加/减少最终光谱的特征。
- 读出噪声 – 读取像素累积电荷时产生的噪声；这种噪声是读取过程本身引入探测器的结果，主要来自探测器的前置放大器
通常情况下，可以通过光谱平均法和控制设备温度来减少噪音。
噪声等效功率 (NEP)
噪声等效功率（NEP）是将探测器的灵敏度与光谱仪整体性能联系起来的一种方法。NEP 是指在 0.5 秒积分时间内（该时间相当于 “1 赫兹输出带宽”）产生信噪比为 1 所需的辐照信号功率。NEP 的单位是W/√Hz，用下式确定（其中 λp是 峰值波长）：
NEP（单位：W/√Hz）= 噪声频谱密度（单位：A/√Hz）/ λp 时的响应度（ 单位：A/W）
噪声频谱密度是单位带宽内噪声的辐射功率，响应度是每瓦特照射到探测器上的电流输出（通常称为探测器的灵敏度）。
两个系统的 NEP 可用作比较其 “灵敏度 “的手段。例如，一个 NEP 为 0.001 W/√Hz 的光谱仪可以在 0.5 秒的积分时间内，以 1 的信噪比检测到 1 毫瓦的辐射信号功率，而一个 NEP 为 1 W/√Hz 的光谱仪在同样的积分时间内，当受到整瓦特的辐射时，只能达到 1 的信噪比。
数值孔径 (NA)
光学元件（如透镜或光纤）的数值孔径是一个无单位的量，用来描述元件发射或接受光的角度范围。例如，NA 值越大的光纤，对入射光的接受锥度就越大。所有海洋光学标准玻璃光缆的数值孔径均为 0.22，在空气中的接受角为 12.7°。在任何复合光学系统中，有效数值孔径由数值孔径最小的光学器件决定。对于透镜和反射镜，一个与数值孔径相关的数字（称为 f 数）也可以用来描述光接受锥。
光学密度
该术语既指样品的吸光度，也指物质的折射率（穿过物质的光速与真空中光速之比）。
光学分辨率
光谱仪的光学分辨率（以半最大全宽（FWHM）表示）取决于光栅的沟槽密度和入口光学器件（光纤或狭缝）的直径。分辨率会随着光栅沟槽密度的增加而提高，但会牺牲光谱范围和信号强度。分辨率也会随着狭缝宽度或光纤直径的减小而增加，但会牺牲信号强度。分辨率的计算公式如下
OR = SR/n x PR
在哪里？
OR = 光谱仪的光学分辨率（单位：纳米）
SR = 光栅的光谱范围（单位：纳米）
n = 探测器元件数（以像素为单位）
PR = 光谱仪和狭缝的像素分辨率（单位：像素）
海洋光学公司将这一比率称为色散值，测量单位为纳米/像素。这是探测器和光栅组合的特定值。
订单排序过滤器
阶次分选滤光片应用于探测器的窗口，旨在阻挡二阶和三阶衍射效应。这样就能防止波长较低的光照射到检测器指定的波长较高的位置。例如，如果没有阶次分选滤波器，来自汞源 253.652 nm 线的光将同时出现在探测器上 253.652 nm 和 507.304 nm 的位置。
PAR
光合有效辐射 (PAR) 是衡量植物吸收并促进光合作用的入射光量的指标。因此，对于农业行业来说，这是一个非常有用的参数。
光合作用是一个量子过程：叶绿素吸收光子的数量（而不是能量）决定化学反应的速率（吸收 400 纳米的光子与吸收 500 纳米的光子产生的光合作用影响是一样的，多余的能量以热量的形式释放出来）。
PAR 的定义是单位时间内降落在单位面积上的波长在 400-700 纳米范围内的光子总数。请注意，这种方法假定该范围内的所有光子都具有相同的光合作用影响，而该范围外的光子则没有光合作用影响。此外，它并不能说明植物对每种光子的吸收效率，只能说明潜在的 “有用 “光量。它是一个 “宽带量”；PAR 读数给出的不是光谱，而是将光谱中照射到给定点的所有 “有用 “光子相加计算得出的数字。
PAR 单位通常为 μmol.s-1.m-2。每个波长的光子数的计算方法是：将测量到的任意波长样本光的辐射功率除以该波长单个光子的能量。
光响应不均匀度 (PRNU)
光响应不均匀性（PRNU）是光谱中产生固定模式噪声的主要原因。这是由于检测器中的单个像素对入射光的非线性响应造成的，当温度变化或积分时间过长时，这种非线性响应会加剧，可能会表现为相邻像素之间强度的显著变化。固定模式噪声可通过对光谱仪进行辐射校准来消除。
光度测量
光度学是对人眼所理解的光的研究和分析。因此，它是辐射测量学的一个分支。可见光谱中不同部分的亮度会发生变化，以符合眼睛的感知亮度（响应函数）。
光子噪声
光子噪声是一种拍摄噪声，由光子到达 CCD 的固有统计变化引起。光子到达之间的间隔受泊松分布的影响，因此光子噪声相当于进入的光子数量的平方根。当光子信号较小时，与光子信号相比，光子噪声可能相当大，从而降低系统的信噪比。然而，由于它们的增加率不同，当计数数量变得非常大时，噪声与信号相比就变得不那么重要了。尽管光子噪声的数量会随着越来越多的光照射到探测器上而增加，但光子信号的增长速度要大得多，从而导致信噪比增加。值得注意的是，在小信号电平下，暗噪声是主要的噪声源，但在大信号电平下，光子噪声则占主导地位。通常使用 “射击噪声 “来代替光子噪声。
像素分辨率
像素分辨率是指 CCD 上狭缝图像产生的 FWHM（以像素为单位）。这个数字根据狭缝尺寸和光学工作台的不同而变化，并通过实验确定。这个数字乘以色散（以像素为单位），就是光学分辨率。在理想的系统中，狭缝尺寸与像素分辨率的关系将呈线性趋势。然而，当狭缝尺寸较小时，像差和有限的像素尺寸会限制像素分辨率。
像素井深度
探测器中每个像素可存储的最大电子数被称为 “井深”。像素孔深决定了单次读出或采集所能获得的最大信号。CCD 的动态范围也与孔深成正比。入射光水平和积分时间决定了每个像素收集到的电子数。如果入射光产生的电子数超过了像素孔所能容纳的数量，像素就会饱和。重要的是，在测量时不要让光谱仪达到饱和（即使是在光谱中没有被研究的部分），因为这可能会影响光谱的其余部分。
弹出像素
突变像素是指像素值突然发生变化的像素。这种像素基本上就像一个暗电流会突然改变大小的热像素。这可能是一个特别令人头疼的问题，因为数值的突然变化意味着，即使在参考之后，它也会突然重新出现在处理过的光谱中。如果某个像素被识别为爆裂像素，最好将其作为缺陷像素处理并去除。爆裂像素在很大程度上是 CCD 独有的现象，被认为是材料缺陷导致电荷陷阱的结果。
量子效率
量子效率是衡量探测器对进入的光子产生电子的程度。量子效率值越高，探测器的灵敏度就越高。由于探测器的灵敏度会因不同波长的光子而变化，因此量子效率最好用曲线而不是单一数值来表示。对于光谱仪来说，量子效率并不是一个优点，因为它只是决定整体性能的一个组成部分。
快速查看模式
在海洋光学公司的 OceanView 软件中，”快速查看 “模式是一种图表视图，可让用户在不进行任何调整、校准或补偿的情况下查看原始探测器计数。虽然快速查看模式对设置积分时间和调整光照水平很有用，但它并不能真正准确地反映入射光，因为它没有考虑仪器响应函数、固定模式噪声和基线偏移。要查看真正有意义的发射测量数据，应使用相对辐照度模式或绝对辐照度模式查看光谱。
辐射测量
辐射测量是对包括可见光谱在内的电磁辐射的科学研究。它描述的是电磁波谱的功率分布，与光度学不同，后者描述的是人眼所见可见光的感知强度。
拉曼
拉曼光谱是一种利用光谱指纹查找样品的方法，与吸光、荧光或透射光谱法相同。然而，拉曼光谱背后的理论与获取拉曼光谱的实验方法截然不同。
拉曼光谱利用的是可见光或近红外光谱中单波长入射光束的非弹性散射。样品在吸收入射光束时，会被提升到一个虚拟的能量状态，然后再将其发射出去，回到原来的基态–激发态被认为是 “虚拟的”，因为样品分子不会一直处于该状态。弹性散射光的波长与入射光相同，而非弹性散射光的波长略高或略低。正是这些波长上的差异可以用来识别样品。
非弹性散射光的强度通常远低于入射光束和弹性散射光，因此拉曼光谱的主要困难在于过滤掉非弹性散射光以外的所有光。通常，一百万个入射光子中只有一个会发生非弹性散射。在实验过程中使用海洋光学公司的 SERS 衬底可以增强特定样品的拉曼信号。
弹性散射和非弹性散射之间的波长差异是由于样品的振动或旋转能级因入射光束的吸收和近似再发射而发生了变化。这与红外吸收/透射光谱中看到的能级变化相似，但终究不同，在红外吸收/透射光谱中，入射光完全被相应波长吸收。
令人困惑的是，入射波长和非弹性散射波长之间的差值是以 cm-1 而不是 nm 为单位给出的，因此样品的光谱会给出相对于 cm-1 的强度。拉曼光谱可用于固体和液体样品，对样品无破坏性，并可区分分子同分异构体。另请参阅 “测量技术“下的 “拉曼 “。
读出噪声
读出噪声是指读取像素累积电荷时产生的噪声。这是由于读取过程本身而引入探测器的噪声，主要来自探测器的前置放大器。
相对辐照度
相对辐照度使用具有已知色温（但不一定具有已知输出功率）的灯来校正光谱的形状，但不校正光谱的大小（因此其标识为 “相对”）。相对辐照度允许用户确定某一波长的光是否比另一波长多（由于仪器响应函数的原因，无法通过查看原始计数来确定），但它不提供任何有关绝对功率大小的信息。
饱和度
当入射光足够大，超过了某一点的像素井深度，探测器为该像素产生最大可能的电压时，就会出现像素饱和。出现饱和的原因通常是光源过亮或积分时间过长。重要的是，在测量时不要让光谱仪饱和（即使是在光谱中没有被研究的部分），因为这可能会影响光谱的其余部分。
范围模式
OceanView 软件中的 “范围 “模式已被 “快速查看 “模式取代。
二阶和三阶效应
当光线被光谱仪中的光栅衍射时，每个波长都会分裂成无数光束。每个波长的第一束，也是最强烈的衍射光束，会聚焦到检测器上。第二、第三和更高的光束则以更高的角度衍射。由于这种衍射会产生杂散光，海洋光学公司的光谱仪内部涂有一层黑色涂层，以减少这些高阶衍射光束从光谱仪内部反射到探测器上。
对于波长低于光谱仪波长范围内最大波长一半的波长，必须使用滤光片来防止二阶和三阶光束直接落在探测器上。波长为 250 nm 的光束会被光栅衍射到波长为 250 nm、500 nm 和 750 nm 的探测器上。同样，入射光中的 350 纳米分量也会衍射到探测器的 350 纳米和 700 纳米部分。因此，必须在探测器上安装一个低通滤波器，以阻止来自较低波长的二阶和三阶衍射光束，从而产生实际波长两倍或三倍的错误读数。
敏感性
光谱仪的灵敏度是衡量光学输入（光）与光谱输出（计数）之间的关系，如海洋光学软件所示。
探测器灵敏度（而非光谱仪灵敏度）通常以以下两种方式之一给出：
1.每入射辐射功率（瓦特，W）的电流输出（安培，A）
灵敏度可以用探测器对给定辐射功率的辐照光源产生的电流来表示。其单位通常为 A/W （通常称为探测器的响应率，参见 NEP）。当灵敏度用 A/W 表示时，探测器的量子效率和灵敏度直接与下式相关：
QE = Sx1240/λ x 100 (%)，其中 λ 是波长，单位为纳米。
2.每次入射光度曝光的电压输出（伏特，V）（勒克斯秒，lux.s）
灵敏度也可以用探测器在一定的光度曝光量下产生的电压来表示。这种方法的常用单位是 V/lux.s。
每个计数的入射光子数。上述两个定义对于光谱仪用户来说都很难理解，因为探测器的输出（以伏特或安培为单位）经过固件和软件的处理后会产生光谱。相反，海洋光学的规格通常会显示特定波长（通常为 400 纳米和 600 纳米）下计数（如 OceanView 中 y 轴所示）与入射光子数的比率。这是最有用的定义，因为它与客户在 OceanView 软件中看到的直接相关。
注意事项灵敏度 “经常与 “噪声等效功率”（NEP）互换使用，容易造成混淆。此外，当我们描述光谱仪 “灵敏度足以拾取极微弱的光信号 “时，这种 “灵敏度 “实际上是由光谱仪的信噪比（SNR）和入射光子/计数比决定的。同样，当我们谈到光谱仪能够捕捉到光谱峰值的微小变化时，我们应该清楚，这种 “灵敏度 “是由其动态范围和入射光子/计数比共同决定的。在这些讨论中，”灵敏度 “一词也应得到澄清。
射击噪音
镜头噪声是任何离散、随机系统中都存在的统计变化。与光谱仪相关的噪声类型有光子噪声和暗噪声。
快门
快门用于防止光线在黑暗测量时进入光谱仪。快门通常由光谱仪作为外部频闪进行控制，以便在测量时及时打开和关闭。快门可通过光谱仪前的光纤连接，但 QEPro包含一个内部快门，可提供这种控制，而不会造成光纤信号的潜在衰减。
信噪比
信噪比（SNR）的定义是信号强度除以特定信号电平下的噪声强度，因此在不同的测量中可能会发生变化。由于光子噪声的存在，噪声通常会随着信号的增加而增大，因此信噪比函数实际上是单个信噪比值与获取信号时的信噪比值的对比图。海洋光学公司在其数据表中报告的光谱仪信噪比值是可能的最大信噪比值（在探测器饱和时获得）。假设每个像素的信噪比响应曲线相同。
测量方法如下：选择光源，使光谱峰值在最低积分时间或远低于热噪声极限的积分时间刚好达到饱和（光谱还应有一个低计数或几乎为零的区域）；要计算信噪比，在没有光源的情况下进行 100 次扫描，计算每个像素的平均基线计数值，然后在有光源的情况下进行 100 次扫描，计算每个像素输出计数的平均值和标准偏差；信噪比由下式得出：
SNRρ = (S – D)/σρ
在哪里？
SNR = 信噪比
S = 样品的平均强度（有光照时）
D = 黑暗（无光）的平均值
σ = 样品的标准偏差（有光照时）
ρ = 像素数
要获得完整的信噪比与信号关系图，请绘制计算出的SNRρ值（噪声）与Sρ–Dρ（信号）的关系图。这将涵盖很宽的峰值计数范围（从暗到接近饱和）。由于所有像素都具有相同的响应曲线，因此信噪比与信号图的数据可以来自所有不同的像素。由于光子噪声是大信号值下最大的噪声贡献，因此理想曲线的形状应近似于 y = √x。
请注意，使用不同类型的信号平均可以提高信噪比。对于基于时间的平均，信噪比将按照所用光谱扫描次数的平方根增加。例如，信噪比为 300:1，如果将 100 个扫描平均到一起，信噪比将变为 3000:1。对于基于空间的平均（箱型车），信噪比将按平均到一起的像素数的平方根增加。
虽然这些方法有助于获得精确数据，但在比较不同光谱仪时可能会造成混淆。海洋光学公司报告的所有信噪比值均不依赖于信号平均所带来的信噪比增加。我们的许多竞争对手都利用信号平均来人为抬高劣质光谱仪的信噪比值。
狭缝
狭缝是允许光线进入光谱仪的小开口。狭缝宽度与光谱仪的光学分辨率成反比，狭缝宽度越小，分辨率越高。然而，狭缝越小，进入光谱仪的光线就越少。对于大多数海洋光学公司的光谱仪来说，狭缝高度为 1000 微米，只有宽度有所不同（从 5 微米到 200 微米不等）。对于没有狭缝的光谱仪，光纤的直径限制了进入系统的光量，起到狭缝的作用。
光谱仪
海洋光学公司生产微型光谱仪和辅助配件。这些设备通过将样本光束分解为其组成波长来分析光线。
光谱仪会将这些信息发送出去进行处理，从而获得每个样品的光谱。该光谱可突出显示每个波长的相对信号，通过将样品光谱与已知（或参考）光谱进行比较，可获得有价值的信息。
海洋光学公司的微型光谱仪通过一个孔径捕捉光束，然后利用衍射光栅将光束分成不同的波长。光束中的红外线、红光、绿光、蓝光、紫外线和紫外线（以及介于两者之间的所有波长）的数量都可以进行量化和处理。
光与物质相互作用，有的被吸收，有的透过，有的散射。通过分析穿过或反射样品的光线，可以识别和了解样品。
海洋光学公司的光谱仪可作为模块化设置中的一个组件，使用户能够在更广泛的应用和环境中处理大量样品。
光谱
这是一张显示样本光源发出的光如何随波长变化的图表。光谱是一种二维图形，显示波长（通常以纳米为单位）与某种强度（根据实验的不同，可以是百分比（%）、功率输出（μW.cm-2.nm-1）或某种任意单位（计数））的对比。
光与物质相互作用，有的被吸收，有的透过，有的散射。通过分析穿过或反射样品的光线，可以识别和了解样品。
光谱设备（如光谱仪）可通过分析样品发出、穿过或反射的光线获得光谱。光谱可能是样品独有的，因此可以对样品和样品中的成分进行识别和量化。光谱可用于各种环境–海洋光学公司的模块化光谱仪将光谱的威力带出实验室，带入现实世界。
（衍射光栅的）光谱范围
衍射光栅的光谱范围是光栅在探测器线性阵列上的色散；也可以表示为阵列上光谱的 “大小”。光谱范围是凹槽密度和探测器尺寸的函数，不会改变。为光谱仪选择最小波长时，将其光谱范围与该波长相加即可确定最大波长。然而，对于几种光栅来说，光栅的光谱范围随起始波长的变化而变化，因此起始波长越高，光谱范围越短。
游离光
杂散光是指无意中落到检测器任何部分并产生错误读数的光。检测器可能不会区分像素上的波长，它只是测量入射光的强度；因此，如果光以不该有的波长落在检测器上，检测器就会错误地输出该波长的读数。这种杂散光通常来自预期的光源，但在光谱仪内发生散射，落在了探测器的错误位置上，但也可能来自完全不同的光源。这种光通常会对系统的动态范围设定一个工作极限，并通过限制系统的暗度来降低信噪比。颜色或吸光率的绝对值会受到杂散光的影响。以下是一些常见的杂散光来源：
- 二阶和三阶衍射
- 衍射光栅缺陷
- 光谱仪内的内部反射
- 光谱仪外壳泄漏
热稳定性
光谱仪的热稳定性是光谱响应随环境温度变化而变化的度量。由于光谱仪金属外壳和玻璃光学器件的热胀冷缩，波长峰值会随着温度的升高或降低而轻微漂移。热稳定性值越低，在给定的温度变化下波长漂移越小。热稳定性以 nm/°C 或像素/°C 为单位表示。暗噪也是环境温度的一个函数，可通过热电冷却（TEC）来降低。
热电冷却 (TEC)
在对低噪声要求极高的光谱仪中，检测器采用了热电冷却器（TEC）。热电冷却器可冷却探测器，以降低暗电流和环境热量产生的暗噪。降低暗噪可获得更稳定的读数，在光子能量很低的情况下非常有用，如红外测量。一般来说，高性能 CCD 传感器在冷却到室温以下时，暗电流每降低 5 °C 至 9 °C 就会减少一半。这种改善速度通常会持续到温度低于零下约 5 °C 至 10 °C，超过这一温度后，暗电流的降低速度会迅速减小。
触发
触发是许多海洋光学光谱仪都具备的一项功能，涉及两种不同的过程。在第一种触发方式中，采样系统外部的事件（如按钮或激光脉冲）会改变光谱仪触发引脚上的电压电平，进而指示光谱仪开始光谱采集。这在海洋光学文献中被称为 “外部触发”。在第二种触发方式中，光谱仪指示外部设备（如灯）在光谱采集前立即点亮。这被称为 “外部事件触发”。
以下是海洋光学光谱仪提供的五种触发模式示例：
1.触发模式，外部硬件边缘触发器
积分时间由光谱仪设定。光谱仪等待触发输入引脚上的电压急剧上升，然后采集光谱。每次出现急剧上升沿时，该触发器都会采集一个光谱（如果采集尚未开始）。当您在实验中使用脉冲激发光源或光源（如激光或闪光灯）时，当您在进行激光诱导荧光（脉冲激发荧光）或磷光实验时，或者当您需要将采集与外部事件同步时，请使用此触发模式。
2.触发模式，外部硬件级触发器
积分时间由光谱仪设定。光谱仪等待触发输入引脚上的电压急剧上升，然后采集光谱，直至电压消失。当您需要在满足特定条件时进行连续采集时，例如对存在的样品做出反应或当样品达到您想要测量的特定状态时，请使用此触发模式。
3.触发模式，外部软件触发器
积分时间在软件中设定。软件接收触发事件，并传输在触发发生的数据采集周期内获得的光谱。如果使用的是连续照明光源，并且在触发前、触发期间和触发后光强恒定，则可使用此触发模式。
4.触发模式，外部同步触发器
光谱仪从外部触发事件（如按钮）中获取数据，直到下一次触发被激活，此时光谱仪停止光谱采集并开始新的采集。由于触发器可以以随机间隔触发，因此无法设置积分时间。当您必须将扫描同步到外部时钟源、使用锁定放大器或使用斩波器时，请使用此触发模式。
5.触发模式，正常/自由运行/连续
光谱仪持续采集光谱。当不需要与其他事件同步时，请使用此触发模式。
紫外线涂层
硅 CCD 检测器的量子效率在 450 纳米以下会显著降低，在波长 400 纳米以下几乎为零。对于设计用于紫外线范围的光谱仪，检测器的低波长部分会涂覆一种用于提高紫外线性能的材料。这种材料被称为荧光体，在紫外光照射探测器紫外端像素时会产生荧光并发射可见光光子。由于检测器对可见光范围内的光子高度敏感，发射的光子会立即被检测器捕获，并被软件解释为紫外线。海洋光学公司使用的紫外线涂层不会随着时间的推移而明显退化。另一种提高光谱仪紫外线性能的方法是使用背薄探测器。
电压偏移
电压偏移是探测器在入射光子为零时产生的电压。这是探测器上的电子元件和模拟链电路的功能。
波长范围
光谱仪的波长范围是指设备能够有效捕捉和处理入射光的波长范围。它取决于探测器的波长范围和衍射光栅的光谱范围。