QE65000光纤光谱仪内部结构分析

　　1 QE65000 光纤光谱仪概述

　　QE65000 光纤光谱仪作为一种新型仪器，集探测器、光学平台和电子学的最新科技于一身，构架了一个非常灵敏的系统。因其可以提供极高的光谱响应能力和光学分辨率，故可作为科学研究提供强有力的手段。事实上，在 Ocean Optics 公司研发的诸多产品中，QE65000 光纤光谱仪最为灵敏，具有高达90%的量子效率(量子效率被定义为光子转换为光电子的效率)、高速的信号处理速度以及高信噪比。故而在实际的科研应用中，QE65000 光纤光谱仪非常适合用来测量光信号非常弱的情形，如荧光光谱、DNA 序列、天文学研究，薄膜反射光测量等。

　　2 QE65000 光纤光谱仪光学部分构成

　　2.1 QE65000 光纤光谱仪内部构件

　　QE65000 光谱仪内部构件及其功能：a.SMA连接器：连接光谱仪和光纤，光由输入光纤通过此连接器进入光具座;b. 狭缝：位于连接器之后，可以用狭缝大小来调节进入光具座的光亮，控制光谱分辨率;c. 滤光器：光在进入光具座之前，先要通过滤光器，以限制波长范围;d. 准直光镜：使进入光具座的光线汇聚到光谱仪的光栅上;e. 光栅：使光线发生衍射，分散后的光线打在聚焦镜上;f.聚焦镜：将光线聚焦在 CCD 上;g. CCD 探测器：QE65000 核心部件;h. OFLV 滤光片：消除高阶衍射。

　　2.2 Hamamatsu S7031 -1006 FFT -CCD背照式面阵探测器

　　QE65000 光纤光谱仪采用了 HamamatsuS7031-1006 FFT-CCD背照式面阵探测器，分辨率为1044×64，测量波长可覆盖 200-1100nm。相比于线阵 CCD，面阵式 CCD 探测器的优点体现在两个方面。其一、面阵 CCD通过内部电路对像素进行纵向的运算，显著地提高了信噪比和信号处理速度。其二、面阵CCD 可以更好地利用由于狭缝高度而获得额外的入射光，大大地提高了系统的灵敏度。

　　由于该CCD 结构为薄型背照式，所以它在紫外区具有与生俱来的极高的响应，它还可以通过板载的热电致冷器(降温达到 -15°C)来降低暗噪声，使探测器的积分时间最多提升至 15 分钟，大大提升微光应用下探测范围。

　　3 QE65000 光纤光谱仪电子部分构成(见图)

　　QE65000光谱仪板的波长校准系数已写入 QE65000 的存储芯片里，通过光谱仪运行软件可简单方便地读取这些光谱仪专有参数，校准光谱仪的测试波长，以实现与 PC 机的快速通讯。

　　3.1 QE65000 光谱仪芯片结构

　　EZ-USB FX2 芯片包括 1 个 8051 处理器、1 个串行接口引擎 SIE (Serial InterfaceEngine)、1 个 USB 收发器、8.5KB 片上 RAM、4KB FIFO 存储器以及 1 个通用可编程接口(GPIF)。FX2 是一个全面集成的解决方案，它占用更少的电路板空间，并缩短开发时间。EZ-USB FX2 拥有 1 个独特的架构，其中包括 1 个智能串行接口引擎(SIE)。它执行所有基本的USB 功能，将嵌入式 MCU 解放出来以用于实现专用的功能，并保证其持续的高性能的传输速率。FX2 还包括 2 个通用可编程接口(GPIF)，允许它“无胶粘接”，即可与任何ASIC 或 DSP 进行连接，并且它还支持所有通用总线标准，包括 ATA、UTOPIA、EPP 和PCMCIA。EZ-USB FX2 完全适用于 USB2.0，并向下兼容USB1.1。