与光纤光输入和阵列检测器耦合的紧凑型光谱仪用于许多不同的光谱应用。传统上，检测极限差是这种设计的缺点之一，特别是对于荧光和拉曼光谱等低光水平的应用。
这种性能下降主要是由与非冷却探测器相关的更高的噪声质量造成的。
然而,进步热电（TE）冷却光谱仪大大降低了噪音规格。这反过来又可以通过延长信号集成时间来降低检测限。
本文通过对比TE冷却光谱仪与用于荧光光谱和拉曼光谱的非冷却光谱仪，论证了TE冷却光谱仪的优点。2020欧洲杯下注官网
探测器噪声
理论上，任何检测器的总噪声都是通过取所有噪声成分之和的平方根来估计的。读出噪声、散粒噪声、暗噪声和固定模式噪声是阵列探测器的四个主要噪声源。
TE冷却
采用集成热电冷却器(TEC)对阵列探测器进行冷却，可以有效地降低探测器的暗电流噪声。该方法提高了动态范围，降低了检测限。研究结果表明，硅基电荷耦合器件(CCD)阵列探测器温度升高约5-7℃时，暗电流增加2倍。同样的，当温度下降相同的量时，暗电流会下降2倍。
图1显示了TE冷却谱仪在14°C和室温下非冷却CCD谱仪在积分周期为30秒时的暗电流噪声。TE冷却谱仪的估计均方根噪声水平大约比非冷却谱仪低5倍。
当基于CCD的光谱仪应用于挑战性较小的高亮度应用(如LED测量)时，通过TE冷却来降低暗噪声是没有用的，因为当使用相对较短的积分时间(~ 200ms)时，主要的噪声成分是读出噪声。
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图1所示。使用积分时间为30秒的非冷却CCD光谱仪在室温(左)和TE冷却CCD光谱仪在14°C(右)的暗电流噪声
TE冷却光谱仪在低光应用中的优点
展示TE冷却光谱仪在低光应用中的优点，X冰川，TE冷却光谱仪来自B&W Tek，用于生成本分析中的数据。该设备基本使用紧凑的高性能te冷却2048像素CCD探测器在14°C。光学台采用交叉切尔尼-特纳光谱仪设计，分辨率< 0.2nm。
荧光光谱
荧光光谱是通过用高能光子激发分子，使电子从基态跃迁到更高能量的激发态来分析分子。当电子返回基态时，它们释放的光子的特征光波波长等于能级之间的差。因此，发射光的能量和频率之间的基本关系可以用来研究分子的不同电子和振动状态。
如图2所示，它描述了由硒化镉(CdSe)核和硫化锌(ZnS)壳组成的量子点的荧光光谱对比，该量子点被设计成在584nm发出荧光。这些测量是通过紫外激发源进行的，利用准直透镜和光纤贴片线连接到TE冷却光谱仪(红色)和非冷却光谱仪(蓝色)。
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图2。非冷却(蓝色)和te冷却(红色)光谱仪的对比显示了在584nm处荧光的量子点的荧光光谱。
对原始数据图的分析证实，非冷却装置的噪声明显高于TE冷却装置。这种噪声信号使得很难区分非冷却单元上的584nm荧光峰和噪声。相反，在TE冷却系统获得的光谱中可以清晰地观察到584nm的荧光峰。
拉曼光谱
拉曼光谱测量光波的旋转、振动和其他与感兴趣的分子的低频相互作用。
在分子吸收入射光子期间发生拉曼效应。结果，将电子激发到等于光子能量的虚拟状态。虽然大多数电子返回到地状态并将相同能量的光子释放到入射光子，但是在返回地面状态之前，一些激发的电子将下降到中间能量状态。
在这个过程中，分子释放出一个能量较低的光子，其能量差相当于键的振动能量。这种拉曼效应的过程被称为斯托克斯散射，每10次中只有1次发生6事件光子。
光子也有可能获得与振动能量相等的能量。这个过程被称为反斯托克斯散射，与斯托克斯散射相比，反斯托克斯散射通常要弱得多。由于波长是由光子的能量决定的，因此拉曼光谱可以通过测量单色激发源的波长变化来分析和识别分子键的振动状态。
由于拉曼效应发生的概率很低，长时间的信号集成对于进行散射光测量至关重要。这使得使用传统的非冷却光谱仪进行拉曼研究变得非常困难。
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图3。使用非冷却光谱仪(左)和te冷却系统(右)收集的对乙酰氨基酚的拉曼光谱
a的便利性TE-cooled光谱仪在非冷却装置中，在评估乙酰氨基酚的RAMAN光谱中如图3所示。乙酰氨基酚是弱散射材料，因此光谱仪设定的整体时间为7秒。光谱数据清楚地示出了非冷却系统的较高的暗电流噪声水平，其使光谱中的所有拉曼峰难以区分。相反，TE冷却光谱描绘了明确明确的拉曼峰，具有较低的基线噪声。
结论
研究结果清楚地表明TE冷却通过降低光谱仪CCD探测器的温度显著降低暗电流噪声。在微光应用中，例如荧光光谱和拉曼光谱，通常很难从背景噪声中区分分析物信号，这种设置使得信号集成时间更长。这些更长的信号集成时间导致更好的长期稳定性，更宽的动态范围。更低的检测限和更低的噪音。
该信息已从B&W Tek提供的材料中获取、审查和改编。欧洲杯足球竞彩
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