光谱检测现在是基础和应用研究的规范，应用范围包括化学物质检测、过程仪器、新材料表征和疾病检测。欧洲杯足球竞彩分光镜的定义有两个基本特征，即带通和分辨率。第一个是指可以同时检测的频率区域的宽度，而分辨率是指仪器使用delta函数检测到的有限大小。
在粗的措施，这些特性是反相关的。大带通使许多现象在同一时刻进行研究。分辨率是在以低含量，如用高分辨率IR分光计，该数据可以帮助理解它的同位素组成的帮助下的气相分子的个体RO-振动模式获取信息重要。
高分辨率拉曼光谱还可以帮助记录足够详细的特征峰，以区分两种振动轮廓相似的化学物质。当使用激光诱导击穿光谱(LIBS)时，需要高分辨率和大带通，使原子光谱峰可以扩展到更广阔的区域，从而能够识别更多的峰。
光栅线密度、狭缝尺寸、光谱仪的光学特性、焦距和像素间距等因素都会影响光谱分辨率。这些焦距通常固定在给定的配置中，因此，例如，如果不更换仪器，或对光学元件进行显著改变，或至少对它们进行彻底调整，系统的焦距就不能轻易增强。
相反，只需使用较低的光栅槽的密度可以增加带通，简单的过程，特别是当使用电动多个光栅炮塔时。然而，每个光栅只有一个分辨率的一个组合，具有带通道的带通，用于给定的系统配置。这就是为什么需要一种改变分辨率和带通的方式，同时保留其他光谱光学元件不变。
本文介绍了TruRes™是的无与伦比的功能Andor Kymera 328i光谱仪这使得实时分辨率得以提高。后处理技术可能包括峰值拟合、频谱反褶积或主成分分析，所有这些技术都需要数据和系统响应假设，以实现更高分辨率的数据插值。这可能会导致工件的开发，这些工件会改变信息产出的正方向或负方向，如图3所示。
TruRes的基本方面是一种光学元件，它允许光谱分辨率在没有数学变化、光谱仪成分变化或数据处理的情况下进行真正的提高，因此单个光谱仪设置可以用于更广泛和更有用的光谱分辨率范围。因此，光谱仪更加灵活，即使操作者可以在保持带通常数的同时改善分辨率。
练习使用具有正宗LIBS光谱数据的霓虹灯校准源，以增加频谱分辨率超过30％。这将其带到500 mm光谱仪实现的分辨率水平，而无需减小其带通，这是328mm仪器的带通。水平和垂直成像平面都显示出改进的分辨率和空间分离，分别具有磨损增强。使用2D增强还使得能够在分辨率可以跨整个传感器长度调谐的同时成像更大的高光谱轨道密度。
实验装置
目前的实验使用Kymera 328i成像Czerny-Turner摄谱仪(Andor Technology, Belfast, UK)，使用TruRes进行了增强。该仪器有一个平面反射光栅设置为300沟槽/mm，带有500 nm的光斑(理查森，英国)，和一个环形准直镜，补偿像散差，以提供328毫米焦距。使用19通道的多模光纤束(100um芯子，NA 0.22)将光耦合到仪器中，束的末端是一个带线性光纤堆栈的套管，放置在50微米的入口狭缝中。
所使用的相机是其提供的1024×255像素的分辨率为26微米的像素间距牛顿920分光CCD照相机。据经由相机的直接输出端口连接至所述Kymera的328i CCD照相机（安道尔技术，UK）。的样品一起使用由来自氖校准灯（Ocean Optics的，圣彼得堡，佛罗里达），以及从LIBS原子辐射光窃取样品。
结果与讨论
对于高光谱成像，光谱仪必须具有成像等级，使得可以以足够的精度来区分和表征每个光谱曲线。当点源与光谱仪成像时，通常会产生偏离轴像差，例如球形像差，倾斜散光和昏迷。这些导致在检测器上发生焦点或不对称模糊模式。
为了补偿这一点，使用准直镜制造光学校正，该准直镜通常是用于成像级光谱仪的环形镜。即便如此，如图2所示，胫骨传感器光谱仪具有图像再现，其偏离理想。当仪器具有较长的焦距时，这效果较小，因为操作F＃更高，这意味着光具有较小的发散锥，偏离轴线不是那么深。
TRUSS™的核心是使用精心定位的电动虹膜来提高分辨率，使得通过沿着光通路的输入狭缝的内部的自然发散光通过虹膜在空间上过滤。封闭的虹膜阻挡了具有增加的角度的光线，否则会导致像差。这增加了输入F /＃。
图1显示了虹膜位置是如何校准的，以便位置的变化影响输入f/#以及光谱峰面积。这意味着该仪器现在可以作为一个更长的焦距，具有更高的点源图像分辨率，但最小的模糊或纤维束的不对称图像产生。
图2示出了具有完全打开的光圈（f / 4.1）产生的图像相比，一个与光圈打开到30％（F / 10.8）。可以看出，一个完整的垂直装仓虹膜结果，因为较少的像差的更好的成像，而这反过来又导致改善的光谱分辨率，如在图3中可以看到这个节目氖图像在753.577和754.404纳米与完全打开光圈（F / 4.1）是没有分辨率的双峰，当光圈被关闭以50％（F / 6.5），它提高到一对完全解决峰。
另一方面，用于适合高斯仪器响应函数的标准数学技术，以增加分辨率的峰值并未带来这种程度的单个峰值分辨率。
图1。TruRes™虹膜的机制描述。虹膜被放置在输入狭缝后面，在这里输入光发散。关闭虹膜阻挡斜角光线，增加输入光的有效f/#。虹膜直径被校准以代表开度。下表将虹膜位置与有效f/#、数值孔径、锥角、立体角和峰值面积%进行了关联，100%开度等于f/ 4.1。
图2。从F / 4.1（100％IRIS）和F / 10.8（30％虹膜）耦合到100M核心纤维叠层的氖校准源的第1顺序衍射图像的比较。在更高的F /＃的情况下看到了图像清晰度的显着提高。
图3。TruRes™753条754线的网元1（上图）与数学峰拟合算法（底部）相比，分辨率提高。
当光圈被关闭时，吞吐量降低，但谱峰的虹膜位置和高度之间的关系是非线性的。这是因为，大部分的下降是从输入光束，这是容易产生像差，并且因此不影响显著的峰强度的区域的边缘。
大多数1/3米的光谱仪，课程Kymera 328i.所属的属于，在输入的焦点平面处具有来自光纤或其他点源的偏光，其在F / 4.1上传播到溢出其准直区域的程度。因此，F / 4.1至F / 5.1的增加不会导致任何显着的吞吐量损失，如图4所示。任何进一步的吞吐量损失都是符合型材而不是线性的，并且灯泡打开较宽，吞吐量损失越小，假设分布强度为高斯，如图5所示。
在虹膜狭窄时，在两个空间平面上都有更好的成像，并且f/#增加。通过连接Kymera 328i的10 nm入口狭缝的汞氩校准源，研究了546-nm线分辨率的提高。如图6所示，摄谱仪安装了1200 l/mm光栅和Newton 920 CCD探测器。随着虹膜孔径的减小，光谱峰强度，这是一个衡量吞吐量的指标，降低了，表明分辨率的相对增强，直到虹膜变得非常小。
图4。增加F/#的效果，以确保光栅不被填满。
图5。比较光束强度分布对虹膜闭合过程中吞吐量下降的影响。
图6。546-NM峰值晶体 - 氩线校准源在不同的虹膜位置（左）。可以看到吞吐量的降低与分辨率的增加（右）。
在UV-Vis光谱中，汞氩源产生的其他几条线也可以看到更好的分辨率。这种相对增强不依赖于光谱的区域，即紫外到可见光到近红外，最小的半高宽并不出现在最小的虹膜孔径，而是出现在全开位置的20-30%，随后出现半高宽高原，如图7所示。这可能是由于在这个虹膜位置，由于像差低而提高分辨率和由于光栅沟槽少且小的照明而降低分辨率之间的交叉点。
最后，对进行LIBS表征的钢样进行了实例研究。TruRes特征对像差进行了校正，使得一些光谱结构变得清晰可见，这些结构似乎是约275 nm的峰肩或由于相邻峰(286.8 nm和287.1 nm)而隐藏的成分。这有助于检测样品中可能被遗漏的一些微量成分，或通过应用所需的额外标准来补偿或避免假阳性和假阴性。这将提高用于识别的算法的准确性。
很明显,有明显的降低吞吐量,但当使用技术,采用高亮度水平时,信号噪声的比例仍然很高,表明这种减少过程中不会引起困难(图8)。带通也保持不变,提高分辨率,这对于LIBS应用来说更加重要，因为在LIBS应用中，原子发射线波长的范围很广，典型的波长大约是500 nm，这使得有必要保持足够大的带通以最大限度地扩大覆盖范围。
图7。FWHM被示出为光圈位置的用于跨紫外 - 可见 - 近红外光谱的不同部分4汞氩线的功能。
图8。钢TruRes™虹膜位置的LIBS谱为100%和30%分别对应于F/4.1和F/10.8。分辨率的提高显示了由绿色箭头表示的额外分辨率结构。数据由里昂大学Lumiere Matiere研究所(ILM)的Vincent Motto-Ros博士提供。
结论
本文描述了来自安多尔的Kymera 328i成像光谱仪的TruRes增强分辨率机制特性的实验演示。创新的虹膜放置在输入狭缝后面，在光路上，可以很容易地调整输入f/#，并通过阻止斜射线通过狭缝的入口来防止球面像差。这将提高分辨率高达50%。这是在相同的配置下完成的，即相同的光栅和光谱仪焦距，这意味着使用较短焦距的仪器或线密度较小的光栅，因此带通较大，可以得到更好的结果。
为了说明，Kyma 328i在虹膜关闭到理想位置时，在约0.8nm处测量的FWHM，在约0.08nm，1200L / mm光栅。如果存在相同的光栅线密度，则500mm焦距的光谱仪具有以几乎相同的分辨率测量的FWHM，即约0.07nm。
然而，后者的带通将是约38纳米，但Kymera 328i.将具有58纳米的大50％的带通。这一优势在吞吐量小幅下降仅略有偏移，因为如果分辨率可以用这个电平降低吞吐量的增加，具有更大的光子通量许多应用将是可能的，因为许多化学物质，可以准确地识别和区分在这道路。
参考和进一步阅读
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- 霍普金斯，J.，库珀，J. T.，普罗费塔，L. T.，福特，A. R.，“便携式深紫外线（DUV）的拉曼用于远距探测”，申请规格。，70（5），861，（2016）。
- 摩根，P. K.，斯科特，J.R。，诺维奇，I.，“激光诱导等离子体铀的混合干涉/色散原子光谱”，Spectrochim ACTA B，116，58，（2016）。
- 出生，M，Wolf，E，“光学原理”，纽约佩尔加蒙克媒体，（1980）。
- 帕尔默，C“衍射光栅手册”，纽波特公司，罗切斯特，(2014)
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