作者：沈wg 时间：2026-01-06
您是否想彻底弄懂如何评估光谱仪的性能并获得最可靠的数据？本文将为您详细解读所有光谱仪常用术语。我们将从光学分辨率、光谱仪信噪比和动态范围这三大光谱仪核心光谱仪参数指标入手，为您建立坚实的评估框架。进而，我们将深入探讨确保数据精准的关键光谱仪专有名词与光谱仪常用术语：强度校正如何保证信号强度真实可靠？线性度校正为何是定量分析的基石？暗噪声校正（暗校正）如何为数据“归零”？以及杂散光会如何扭曲您的高浓度样品测量结果。同时，您将掌握优化测量的实操技能：如何设置积分时间/曝光时间来平衡信噪比与饱和度？如何利用触发模式与外部设备完美同步？以及如何运用信号多次平均法和Boxcar平滑来有效提升数据质量。
无论您是初学者还是资深用户，下面这篇集光谱仪参数指标、关键技术与数据分析于一体的完整光谱仪专有名词列表，都将成为您选择和操作光谱仪、确保每一次测量都精准无误的光谱仪常用术语权威参考。
光学分辨率/分辨率（Resolution）
光谱仪的分辨率/分辨率是以半峰全宽 (Full Width at Half Maximum, FWHM) 表示，指的是波峰最大值一半的波长差，单位为nm，其与所选择的波段范围、光栅刻痕密度、狭缝宽度及传感器的像素数量等都有相关。 也有人会以每单位像素对应的波段范围来表示 (nm/pixels) ，例如：假如量测的波段范围为350~1020nm，狭缝选择25 um，传感器像素点为2048 pixels，则半峰全宽 (FWHM) 为1.2nm，而每单位像素对应的波段范围则是670nm/2048 pixels=0.3 nm/pixels。
图1：OTO Photonics光谱仪光学分辨率示意图
光谱仪专有名词杂散光（Stray Light）
光谱仪杂散光是指到达探测器的、所有不属于被测目标波长的非期望光线的总称。它是光谱仪内部产生的一种关键噪声源，会严重干扰真实的光谱测量结果。OTO Photonics光谱仪的杂散光比例定义是使用R60高通滤光片遮挡卤素灯，观察450nm处的杂散光信号。杂散光对测量的危害：1.降低测量准确度，特别是在高吸光度区域；2.降低信噪比和动态范围；3.产生虚假谱峰。
图2：超微光学光谱仪杂散光探测
光谱仪专有名词，暗噪声（Dark Noise）
也称为本底噪声，指的是在完全没有光信号输入的情况下，由光谱仪自身的探测器及电子系统产生并输出的非光学信号。它是一种固有的、随机的电学噪声，是所有光谱测量中无法完全避免的本底。
主要影响电压输出信号值的噪声有三种："光源稳定性"、"电子噪声"、"CCD传感器噪声"。若先不考虑外部光源的影响，我们可以先检查测量系统的暗噪声。"暗噪声"的定义是在全黑环境下，1ms积分时间内的电压输出，因此暗噪声的高低完全取决于电子读出噪声及CCD传感器本身。
光谱仪参数指标信噪比（SNR，Signal-Noise Ratio）
“信噪比”的定义是最大信号值（65535）除以RMS值。信噪比越大，表示读出信号越稳定，并且越容易分辨出微弱信号之间的差异。
每采集一次光学信号以生成一幅光谱图所需的时间称为积分时间。积分时间越长，信号越强，这有助于改善信噪比。积分时间基本上可由用户自定义（范围从1毫秒至65秒），但最短积分时间（小于1毫秒）取决于CCD/CMOS传感器的特性。
动态范围（Dynamic Range）
是指光谱仪能够在一次测量中，同时准确检测到的最强信号与最弱信号之间的比值。它量化了光谱仪处理信号强度极端变化的能力。它是光谱仪核心性能指标之一。
图3：OTO Photonics SE2020光谱仪的热稳定性测试结果
热稳定性是指光谱仪在不同温度下（-10℃至+50℃），因热胀冷缩导致内部结构和元件发生位移或变形而产生的波长偏移量，其单位为nm/℃或nm。
触发模式（Trigger Mode）
OtO生产的光谱仪提供了I/O端口来支持所谓的"触发模式"。通过触发模式，用户可利用外部I/O信号来触发光谱仪进行数据采集。采用这种方式，用户就能在同一时间触发多台光谱仪同步采集数据，而非通过电脑软件调用API对多台光谱仪下达指令。这种方式可避免因电脑性能差异导致采集时间不同步的问题，确保多台光谱仪在精确同一时间点执行采集动作。
图4：使用超微光学光谱仪触发模式示意图
信号多次平均法（Signal Averaging）
简称为信号平均或谱图平均，是一种通过连续采集多条光谱并将它们在对应波长点进行算术平均，以此来提高光谱信号信噪比的数据处理技术。"信号多次平均法"能够有效降低每个像素的噪声影响。理论上，采用越多的采样次数进行平均处理，就能获得更优异的信号平均效果，但相应地需要耗费更长的光谱采集时间。在对时序光谱数据实施采样平均时，信噪比（SNR）将按采样次数平方根的倍数提升。例如：当平均采样次数为100时，信噪比将提高为原来的10倍。
是一种在光谱仪信号处理中常用的软件算法。它通过对光谱数据中每个数据点及其相邻多个点进行算术平均，来平滑数据、抑制随机噪声。但此方法会使光学分辨率降低。若用户应用目的是获取峰值信号，则不建议使用此方法。
电子暗值校正（Electronic Dark Correction）
台湾超微光学公司(OtO)光谱仪系统在电子部分（主电路板与CCD）启动时，已存在基础工作电流（称为暗电流）。暗电流表示即使没有光源强度进入光谱仪，也会存在的基本电流。暗电流大小经过光谱仪的模数转换器(ADC)后，会成为基础的测量值(count)。OtO在出厂校正时会设定暗电流经过ADC的数值大小约为1000。
由于暗电流并非实际测量的光源强度，因此在测量时需要先将其扣除。暗电流大小可能随使用温度变化，为此OtO建立了动态扣除暗电流的校正功能。每台OtO超微光谱仪在出厂前都会进行电子暗值校正，并将校正参数直接存储于光谱仪内。当SpectraSmart启用电子暗值校正时，系统就会动态扣除暗电流。以下两图展示了未启用和启用电子暗值校正的差异：
图5：超微光学光谱仪暗值校正前后对比差异
线性度校正（Linearity Correction）
光谱仪的CCD对于光源不同强度的响应并非理想的线性直线。而且，每一颗CCD的强度响应曲线也并非完全相同，因此每一台OtO光谱仪在出厂前都会经过OtO线性度校正，并将各自专用的线性度校正表存储于光谱仪中。OtO超微光谱仪内部采用的是16位模数转换器(ADC)，因此输出线性数值将针对0~65535区间进行校正。当SpectraSmart启用线性度校正功能时，将会根据数值大小修正每个像素(pixel)的数值，如下图所示：
图6：超微光学光谱仪启用线性度修正后效果
强度校正（Intensity Correction）
OtO光谱仪的CCD感光元件不仅对光源强度具有不同的响应曲线，其各个像素对光源波长的响应也存在差异。因此，OtO光谱仪在出厂前均会进行强度校正以修正其响应特性，并将校正列表存储于光谱仪内部。
OtO强度校正采用来自台湾工业研究院(ITRI)的标准灯源，该标准灯可提供溯源的绝对光强标准。经过出厂强度校正后，既可修正波长响应非线性，也完成了SMA905连接器端的绝对光源强度校正（覆盖350nm-900nm波段）。但若客户需要搭配自有光学系统建立绝对光强度测量，则需在该特定系统上重新建立强度校正表。以下二图展示未启用与启用强度校正的实际效果对比：
图7：超微光学光谱仪启用强度修正后效果
