紧凑型光谱仪耦合光纤光输入和阵列探测器用于许多不同的光谱应用。传统上，较差的检测限是本设计的缺点之一，特别是在微光应用如荧光和拉曼光谱。
这种性能劣化主要由与非冷却探测器相关的更高的噪声质量引起。
然而,进步热电(TE)冷却光谱仪大大降低了噪音规格。这反过来又导致了更低的检测极限，使信号集成时间更长。
本文通过比较TE冷却光谱仪与非冷却光谱仪的优势，该设备配置为荧光和拉曼光谱。app亚博体育
探测器噪音
从理论上讲，通过采用所有噪声分量的总和的平方根来估计任何检测器的总噪声。读数噪声，射击噪声，暗噪声和固定模式噪声是阵列检测器中的四个关键噪声源。
TE冷却
采用集成热电冷却器(TEC)对阵列探测器进行冷却，可以有效地降低阵列探测器的暗电流噪声。这种方法提高了动态范围，降低了检测限。根据研究结果，当硅基电荷耦合器件(CCD)阵列探测器的温度升高约5-7℃时，暗电流增加2倍。同样地，当温度降低相同幅度时，暗电流也会减少1 / 2。
图1给出了在14°C下运行的TE冷却光谱仪和在室温下运行的非冷却CCD光谱仪的累计时间为30秒的暗电流噪声。TE冷却光谱仪的估计均方根噪声水平大约比非冷却装置低5倍。
当基于CCD的光谱仪应用于挑战性较小、高亮度的应用如LED测量时，TE冷却的暗噪声降低并不有用，因为当集成时间相对较短(~ 200ms)时，主要的噪声成分是读出噪声。
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图1所示。暗电流噪声用于非冷却CCD光谱仪在室温(左)和TE冷却CCD光谱仪在14℃(右)，使用的积分时间为30秒
TE冷却光谱仪在微光下应用的优点
为了说明TE冷却光谱仪在微光下应用的优点，本文采用了冰川X，TE冷却光谱仪，用于生成本分析中的数据。该器件基本上使用了一个紧凑的高性能te - cooling 2048像素CCD探测器，温度为14°C。光学台采用交叉Czerny-Turner光谱仪设计，分辨率< 0.2nm。
荧光光谱
荧光光谱涉及通过用高能量光子促进分子来分析分子，该高能量光子将电子从地态传输到更高的能量，激发状态。当电子返回到地状态时，它们在特征光波长处释放光子，等于能量水平之间的差异。因此，可以使用发射光的能量和频率之间的基本相关性来研究分子的不同电子和振动状态。
这在图2中示出，其描绘了由硒化镉（CdSe）核和硫化锌（ZnS）壳组成的量子点的荧光光谱的比较，该壳在584nm处被设计成发射荧光。这些测量通过UV激励源进行，并利用连接透镜和连接到Te-Cooled光谱仪（红色）和非冷却光谱仪（蓝色）的光纤跳线。
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图2。比较非冷却(蓝色)和te冷却(红色)光谱仪显示的量子点的荧光光谱在584nm发出荧光。
对原始数据图的分析表明，非冷却装置的噪声明显高于TE冷却装置。这种噪声信号使得非冷却装置上的584nm荧光峰与噪声难以区分。相反，在使用TE冷却系统获得的光谱中可以清晰地观察到584nm荧光峰。
拉曼光谱学
拉曼光谱测量光波长的旋转，振动和其他低频相互作用与感兴趣的分子。
拉曼效应发生在分子吸收入射光子的过程中。结果，电子被激发为等于光子能量的虚态。当大部分电子回到基态并向入射光子释放一个具有相同能量的光子时，一些激发态电子在回到基态之前会下降到一个中间能态。
在这个过程中，分子释放出一个能量较低的光子，能量差相当于键的振动能。这种拉曼效应的过程被称为斯托克斯散射，每10次才会发生一次6.入射光子。
光子也有可能获得相当于振动能量的能量。与斯托克斯散射相比，该过程称为反斯托克斯散射，这通常是较弱的。由于波长由光子的能量确定，因此通过测量来自单色激发源的波长变化，拉曼光谱可以分析和识别分子键的振动状态。
由于拉曼效应的发生低概率，延长持续时间的信号的集成对于制造散射光测量至关重要。这使得采用传统的非冷却光谱仪非常难以进行拉曼研究。
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图3。使用非冷却光谱仪（左）和TE冷却系统（右）收集乙酰氨基酚的拉曼光谱
一个方便起见TE-cooled光谱仪在非冷却装置上评估对乙酰氨基酚的拉曼光谱如图3所示。对乙酰氨基酚是一种弱散射物质，因此两种光谱仪设置的积分时间为7秒。光谱数据清楚地显示了较高的暗电流噪声水平的非冷却系统，使所有拉曼峰在光谱难以区分。相反，te -冷却光谱描绘了清晰的拉曼峰，具有更低的基线噪声。
结论
研究结果清楚地表明，通过降低光谱仪的CCD检测器的温度，Te冷却显着降低了暗电流噪声。此设置使低光应用中的信号集成时间更长，例如荧光和拉曼光谱，在那里通常很难区分来自背景噪声的分析物信号。这些较长的信号集成时间导致更好的长期稳定性，更广泛的动态范围。较低的检测限度和噪音较小。
此信息已采购，从B＆W TEK提供的材料进行审核和调整。亚博网站下载
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