光纤光谱仪的动态范围指可被光纤光谱仪测量到的最大与最小光能量的比值。探测器阵列的动态范围常常用来作为衡量光纤光谱仪性能规格的参考。一般来说,检测器的动态范围越大,其所检测的光强度范围越大,光纤光谱仪的信噪比与稳定性也就相对更好。
不同的器件制造厂家具有对动态范围具有不同的定义。对于非科学级浅量阱的器件来说,常常使用饱和信号与暗噪声信号的比值来定义。对于科学级器件来说,则常常采用量阱深度与读出噪声的比值来定义。比值越大,动态范围越高,因此光谱仪性能也就越好。
光纤光谱仪的信噪比指光谱仪的光信号能量水平与噪声水平的比值。它与光谱仪的探测器性能、电路噪声和光路杂散光相关。对于实际应用来说,光谱仪的信噪比越高,其测量值的偏差就越小。而且测量的检测限也与信噪比直接相关。一般来说,测量的检测限就定义为在信噪比为3时可成功测量到的信号水平。
光谱仪的精度业内人士通常理解为仪器的精密度,包括短期精密度和长期精密度,但对于使用者常常理解为准确度,实际两者是可以统一的,精密度好的仪器,准确度一定能调试好,反之则不能。
光谱仪的精密度与仪器的灵敏度关联度最高,一般情况高灵敏度仪器精密度也高,比如一条谱线实际光强为10lm,假设探测器灵敏则转化为1000µA,探测器不灵敏则可能为100µA,示值就有10倍的差距,就像用米尺去测工件,误差在毫米以上。当然还有数值处理方法和人为因素,在这里不讨论。那么灵敏度与哪些因素有关呢?本文归纳以下几点:
(1)光源的特性,其中包括光源能量、频率特性、单火花脉冲能量、放电波形等,因此良好的光源一定是千百次对不同材料试验调整的结果;
(2)光栅的衍射效率,光栅的制造最大的特点是个体的差异性很大,少见两块衍射曲线完全一样的光栅,这是光栅的制造工艺决定的。高的衍射效率有效信号损失的就小,才能将更真实的信号呈现在探测器接收面;
(3)探测器的性能,一个灵敏且稳定的探测器是对信号强度真实反映的必备条件。
(4)软件数学模型,一个真实信号不仅仅是剔除背景,而是瞬态和趋势的即时展现,尤其大数据高速采样,已经突现软件建模的数值计算技巧和深奥数理结合的重要性。