OTO光谱仪光栅，紫外可见光光谱仪和近红外光谱仪光栅和光谱仪的搭配,超微光学

作者：沈wg 时间：2026-01-04

光栅是光谱仪中实现高精度波长分离的关键部件，因此光谱仪如何选光栅也成了一个很重要的技术步骤。它利用多缝衍射和干涉的物理原理，将入射光按其波长在空间上展开，从而为后续的探测和分析提供了基础。没有光栅，现代光谱仪就无法实现其高分辨率和高精度的测量能力。台湾超微光学深耕微纳光学领域，凭借先进的纳米压印光刻技术与深厚的工艺积累，致力于为客户提供高性能、高可靠性、可定制化的衍射光栅解决方案（紫外可见光光谱仪光栅、近红外光谱仪光栅等）。本文将集中介绍台湾OTO Photonics光谱仪的多种光栅产品，包括智能引擎/鹰眼系列光谱仪光栅、蜂鸟系列光谱仪光栅、响尾蛇系列光谱仪光栅，着重介绍光栅设计参数，包括刻线密度、最优效率波长、有效带宽、光栅分辨率等多项核心参数，以方便客户进行区分和进行光谱仪光栅选型。

一．光栅和光谱仪的搭配及作用

核心分光元件：它是光谱仪的核心元件之一，负责将待测的入射光分解成其组成的波长成分，光谱仪如何选光栅直接决定了光谱仪的功能和性能。

决定分辨率：光栅的性能直接决定了光谱仪的分辨率（即区分两个非常接近波长的能力）。刻线总数越多、级次越高，光栅分辨率通常就越高。

决定色散率：光栅决定了不同波长在探测器上分开的距离（色散）。高色散率的光栅可以将光谱“拉伸”得更开，便于精确测量。

影响通光和效率：光栅和光谱仪的设计和涂层会影响其在特定波段的光效率。

二．超微光学光谱仪光栅选型和光谱仪设计参数

光谱仪如何选光栅首先要考虑的就是各项设计参数。

-光栅刻线密度：光栅表面上每毫米长度的刻痕数量，单位为线/毫米(g/mm)。

物理意义：决定了光栅的光栅常数d，即相邻刻痕间的距离。

性能影响：刻线密度越高，色散能力越强，单位波长差对应的衍射角变化越大；在固定光栅尺寸下，刻线密度越高，总刻线数越多，理论分辨率越高;自由光谱范围：刻线密度越高，自由光谱范围越窄。

-最优效率波长：在特定的衍射级次下，衍射效率达到峰值时所对应的波长。

物理意义：通过控制刻痕形状，将入射光能量集中到特定的衍射级次和波段，显著提高系统信噪比。

设计考量：最优效率波长通常设计在目标应用波段的中心。

-有效带宽：获得的既清晰又明亮的光谱数据范围。

物理意义：光栅的衍射效率并非在整个波段内都保持平坦。在以“最优效率波长”为中心的一个波段内，效率最高；向波段两端则逐渐衰减。

设计考量：光栅的有效带宽是一个集几何约束与性能约束于一体的综合参数。它清晰地界定了一次光谱测量中，所能获得的既清晰（分辨率足够）又明亮（效率足够）的光谱数据范围。

-总波长范围：

物理意义：表示光栅可以使用的总波长范围。超出此范围，光栅的效率会非常低甚至无法工作。

-狭缝宽度与分辨率：

物理意义：在台湾超微光学光谱仪中，光栅设计参数狭缝宽度与光栅分辨率之间存在一个权衡关系。简单来说：狭缝宽度是决定实际达到的光谱分辨率的关键因素，但更窄的狭缝意味着更弱的光信号。

光谱仪光栅选型的考量：当狭缝较宽时，进入光谱仪的不是一个理想的“线”光源，而是一个较宽的“面”光源。在探测器上，每个单一波长的光会形成一个较宽的像。导致相邻很近的两条谱线会彼此重叠、无法区分，从而降低了实际分辨率；当狭缝逐渐变窄时，入射光被限制为一个更细的线，在探测器上每个波长的像也变得更细。相邻谱线能够被清晰地区分开，实际分辨率得以提升，并最终逼近近红外光谱仪光栅/紫外可见光光谱仪光栅的理论光栅分辨率极限。

三．SE/EE系列光谱仪光栅*及相应的狭缝分辨率(模拟值仅供参考)

光栅刻线密度(g/mm)	光栅最优效率波长(nm)	有效带宽(nm)	总波长范围(nm)	狭缝的宽度(μm)及对应的分辨率(nm)
光栅刻线密度(g/mm)	光栅最优效率波长(nm)	有效带宽(nm)	总波长范围(nm)	10	25	50	100	200	300
2400	240/VIS**	100UV/150***	180-520	0.2	0.3	0.4	0.8	1.2	-
1800	180/250/500	150UV/210	180-700	0.3	0.4	0.6	1.0	1.8	-
1600	200	160UV/240	180-780	0.4	0.5	0.7	1.2	2.0	-
1200	200/300/500/ 600/750/850	220UV/320	180-1010	0.5	0.6	0.9	1.7	3.4	4.5
1000	250/900	300UV/400	180-1100	0.6	0.7	1.1	1.9	3.0	-
900	500	360UV/450	180-1100	0.6	0.8	1.3	2.3	4.6	-
830	800	410	180-1100	0.9	1.0	1.5	2.5	4.5	-
600	300/400/500/ 800/1000	670	180-1100	1.0	1.2	1.9	3.3	6.7	10.0
500	330/560/770	825	180-1100	1.1	1.4	2.4	3.5	7.5	11.5
300	230/300/422/ 500	920	180-1100	1.7	2.3	3.2	6.0	12.8	20.0

*：SE系列光谱仪是指OTO Photonics智能引擎系列光谱仪，SE是SmartEngine紫外可见光光谱仪的缩写。EE系列光谱仪是指鷹眼系列光谱仪，EE是EagleEye™的缩写。SE/EE系列光谱仪是紫外可见光光谱仪的其中两个系列。

**：在 240 nm波长处，光栅的衍射效率最高。VIS代表“可见光”，表明紫外可见光光谱仪光栅在可见光波段也有良好的整体效率。

***：在紫外（UV）波段，紫外可见光光谱仪光栅高效率的带宽范围约为100nm。在可见光（VIS）波段，其高效率的带宽范围约为150nm。

SE系列光谱仪产品表：

光谱仪型号	适用光谱波长(nm)					信噪比*	动态范围	杂散光	A/D	温度稳定测试
	DUVN	FUV	FUVN	VNIR	NIR1
	200-1025	180-850	180-1100	350-1020	790-1010
SE1010/SE2010				√		200	2200	0.2%	16bits	<0.04 nm/℃
SE1020/SE2020	√	√	√	√	√	250	1700	0.2%
SE1030/SE2030	√	√	√	√	√	350	4300(2.5MHz) 3000(10MHz)	0.2%
SE1040/SE2040	√**			√		200	2200	0.2%
SE1050/SE2050				√	√	500	4600	0.45%
SE1070/SE2070	√			√	√	350	2200	0.2%
SE1080/SE2080	√			√	√	350	3200	0.2%
SE1090/SE2090		√	√	√		500	6000	0.45%
SE1120/SE2120	√	√	√	√	√	350	4300(2.5MHz)	0.2%
SE5160/SE6160	√	√	√			500	4600	0.45%

*：单次测量数据

**：SE2040的DUVN波长范围由275nm开始

EE系列光谱仪产品表：

光谱仪型号	适用光谱波长(nm)				信噪比	动态范围*	杂散光	A/D	温度稳定测试
	FUVN	DUVN	NIR1	NIR4
	180-1100	200-1025	790-1010	790-1090
EE2111/EE211			√	√	500	5000	<0.45%	16bits	<0.015nm/℃
EE2063	√	√			500	4000	<0.45%	16bits	<0.04 nm/℃

*：动态范围的计算以多台光谱仪的暗噪声平均值计算

四．HB系列光谱仪光栅*及相应的狭缝分辨率(模拟值仅供参考)

光栅刻线密度(g/mm)	光栅最优效率波长(nm)	有效带宽(nm)	总波长范围(nm)	狭缝的宽度(μm)及对应的分辨率(nm)
光栅刻线密度(g/mm)	光栅最优效率波长(nm)	有效带宽(nm)	总波长范围(nm)	10	25	50	100	200	300
2400	240	140	180-540	0.2	0.3	0.5	0.9	1.4	-
1800	250	200	190-380	0.3	0.4	0.6	1.0	1.8	-
1400	230	250	180-920	0.4	0.6	0.9	1.5	2.9	-
1200	200/250/850	220	180-1010	0.5	0.6	0.9	1.7	3.4	4.5
1000	900	300	180-1100	0.6	0.7	1.1	1.9	4.0	-
900	550	400	180-1100	0.7	1.0	1.5	2.5	5.0	8.0
600	300/500	670	180-1100	1.0	1.2	1.9	3.4	6.7	10.0
500	330/560/770	825	180-1100	1.1	1.4	2.4	4.4	8.4	12.0
300	230/300	920	180-1100	1.7	2.3	3.4	7.0	13.5	-

*HB系列光谱仪是指OTO Photonics蜂鸟光谱仪，HB是HummingBirdTM的缩写。HB系列光谱仪是紫外可见光光谱仪的其中一个系列。

HB系列光谱仪产品表：

光谱仪型号	适用光谱波长(nm)					信噪比*	动态范围	杂散光	A/D	温度稳定测试
	FUVN	FUV	FUV2	NIR1	NIR4
	180-1100	180-850	180-500	790-1010	790-1090
HB1034/HB2034	√	√	√	√	√	350	5400/3600	0.2%	16bits	<0.04 nm/℃
HB1054/HB2054				√	√	500	4300	0.2%
HB1094/HB2094	√	√				500	3800	0.2%

五．SW系列光谱仪光栅*及相应的狭缝分辨率(模拟值仅供参考)

近红外光谱仪型号	光栅刻线密度(g/mm)	光栅最优效率波长(nm)	有效带宽(nm)	总波长范围(nm)	狭缝的宽度(μm)及对应的分辨率(nm)
近红外光谱仪型号	光栅刻线密度(g/mm)	光栅最优效率波长(nm)	有效带宽(nm)	总波长范围(nm)	25	50	100	150	200
SW 2570	236.8	1350	800	900-1700	~4.1 Avg.: 2.7	~5.2 Avg.: 4.3	~7	~13	~14
SW 2560	236.8	1350	800	900-1700	NA	~7.2 Avg.: 4.3	~10 Avg.: 8.1	~13	~14
SW 2520	120	1000	800	900-1700	N/A	~15 Avg.: 9	~21 Avg.: 17	~22	N/A
SW 2860	236.8	1350	800	900-1700	N/A	~7.2 Avg.: 4.3	~10 Avg.: 8.1	~13	~13.8
SW 2960	120	1800	1600	900-2500	N/A	~15 Avg.: 9	~20.3 Avg.: 16.5	N/A	N/A

*：SW系列光谱仪是指响尾蛇系列光谱仪，近红外光谱仪SW是SidewinderTM的缩写。SW系列光谱仪光栅是近红外光谱仪光栅的其中一个系列。

SW系列光谱仪产品表：

光谱仪型号		适用光谱波长(nm)			传感器类型	信噪比*		动态范围		杂散光	A/D	温度稳定测试 nm/℃
		NIRC	NIRT	NIRD		高增益	低增益	高增益	低增益
		900-1700	910-2200	900-2500		高增益	低增益	高增益	低增益
SW5系列	SW2520	√			InGaAs传感器	2000	4000	6500	8200	<0.2%	16 bits	<0.2
	SW2560	√				2400	4500	6000	9300			<0.1
	SW2570	√				2500	4000	6000	9300
SW8系列	SW2860	√			InGaAs TEC 传感器	3200	4500	8000	13000
SW8系列	SW2870	√				3200	4500	7200	9300
SW9系列	SW2930		√			2800	5300	6000	9300			<0.2
	SW2960			√		2500	4500	7000	12000	<0.45%		<0.2
	SW2970			√		2500	4500	6000	9300	<0.45%		<0.1

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