超高灵敏度中阶梯光谱仪性能实测

中阶梯光谱仪以其超高分辨率兼顾直拍超宽光谱（免扫描）的独特特性被广泛应用于研究级LIBS配置、在等离子发射光谱研究领域扮演着不可替代的重要角色；而业界学者就其诸项性能在满足具体应用前提下的取舍折中做过深入讨论…… 例如，高分辨率意味光谱被色散的更加分散，意味着CCD面阵所能接收的被中阶梯光栅色散的光谱的光功率密度随分辨率的上升成平方反比的下降，这是物理原理决定的，那么有没可能在满足超高分辨率与宽谱直拍的前提下，也能提供优秀的灵敏度呢？ 答案是肯定的，接下来我们就用灵敏度优化的中阶梯谱仪做一个钢铁样本single shot(单发激光脉冲测试)LIBS实测。

    测试条件:

■   激光能量：120mJ@1064nm，8ns，single shot（无累加，无平均）

■   收集光学系统：LIBSpector

■   聚焦光斑尺寸：400micron

■   LIBS delay：1μs

■   EMCCD 增益设置：20

■   CCD时钟频率：10MHz

■   主峰强度：155,000 counts

    测试结果:

A.全谱信信息

          B.钢铁样本中的Mn元素谱线

    测试总结:

我们能看到在 single shot 的测试条件下，我们得到了信噪比极佳的光谱，且主峰高度有155,000，而Mn元素主峰高度也有7,300counts;灵敏度极佳，该灵敏度甚至可以完全胜任工业高速传送带作业的单发脉冲在线探测。

ARYELLE150的这个配置信息如下：

■   分辨率(λ/Δλ):4500@241~565nm(0.054nm@241nm)

我们知道光谱仪的几大关键参数是相互制约的，如:分辨率，拍谱范围，灵敏度，而ARYELLE150在满足了高分辨率宽谱直拍的同时兼顾了超高灵敏度.

其原因为LTB的全光路逼近理想的像差矫正及DUV~NIR全光路高反光学方案，使其传输效率明显优于普通的光谱仪光学方案；

与此同时LTB的这个配置方案就灵敏度对ARYELLE150进行了针对性的取舍优化。

ARYELLE150是德国LTB 公司（缔造世界最顶级光谱分辨率的光谱仪制造商）中阶梯光栅光谱仪家族中最小巧的成员，其设计初衷是针对欧空局（ESA）的火星及金星探测计划而设计的超小型中阶梯谱仪，焦长为150 mm，质量仅有2 Kg（不包含探测器）。

如此小巧的外形，其能力确不能小觑，其高分辨率优化的配置，实用分辨率高达15000(λ/Δλ)，这是传统的C-T结构谱仪750mm焦长才可能做到的分辨能力；与此同时其宽谱直拍范围可达300nm，而传统的C-T结构谱仪达到这种级别分辨率时，只能拍摄不到10nm的无需扫描拍谱范围。。 同其他ARYELLE系列成员一样，150采用了全光路高反光学设计和高光通量中阶梯光路，可以同时拥有超高光谱分辨率&超高灵敏度&超宽光谱窗口；再者，ARYELLE内部没有任何转动配件，这样就可以在确保超高精密度的同时整个系统可靠稳定。

ARYELLE150的配置非常灵活，可以根据用户应用提供数十种针对性的配置方案，配合电子倍增式EMCCD探测器具备非常优异的表现：

■   超高分辨率——6000~15000（up to 17pm@230nm）——实用光谱分辨率，而非像素分辨率或名义分辨率；非常适用于要求高分辨率的原子光谱分析。

■   超宽光谱窗口——单次拍谱范围可达580 nm（无需扫描，单次探测）；适用于未知成分的等离子光谱分析。

■   超高灵敏度——优秀的系统集光效率的光谱仪加上最电子倍增式EMCCD探测器，可得到超高信噪比的微弱信号信息；适用于RAMAN（2~4cm-1分辨率）、荧光等分析。