光譜儀

光譜儀 (Spectrometer)
臺中縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

所謂光譜儀是指分析入射光所組成各波長強度關係的一種光學儀器。在電磁波裡，由偵測器直接量測到的部分，數於對時間積分的強度，因此這種功率又稱為時間領域(time domain)，而光譜部分，則是對頻率(或波長)做積分，因此這種功率又稱為頻率領域(frequency domain)或波段領域(band domain)。時間領域是屬於振幅(amplitude)的實部，因此可以直接使用功率偵測器(power meter)測量，而頻率領域是屬於相位(phase)的虛部，因此無法直接測量，必須使用光譜分析儀(optical spectrum analyzer，可以簡稱為OSA)。

在雷射頻譜的實際測量，我們通常先將雷射光耦合至光纖內，再將光纖接到光譜分析儀，過一段時間以後，光譜分析儀就會將光譜秀在螢幕上，我們就可以立刻得知雷射脈衝的頻寬(spectral width)，並可以換算出帶寬(band width)，如果之前已經事先用自相干儀(auto-correlator)量過雷射的脈衝寬度(pulse width)，我們可以帶入轉換受限公式(transformation limited formula)，就可以得知雷射脈衝是否有拉撐(chirp)現象。

光譜儀的原理如下圖所示，可以有以下三種:反射式、折射式與多重光纖式。

第一種是反射式光譜儀，入射光先經過一反射面鏡，再將反射光打到一光柵上，不同的光會經過不同的光柵，因此就會打到不同的偵測器，因此可以測出不同波長的強度相對關係。

第二種是折射式光譜儀，入射光通過一聚焦透鏡，不同波長的光就會被分離而通過不同的透明光柵，此時到達不同的偵測器，因此可以測出不同波長的強度相對關係。

第三種是多重光纖式光譜儀，先將光線耦合至光纖中，這時經由多工分離器，可以將不同波長的光分開至不同的光纖中，再分別連接到不同偵測器中，因此可以測出不同波長的強度相對關係。

另外最近的光譜儀在資料擷取部分的功能愈加完整，可以有數位資料檔的輸出，可以方便excel直接處理畫圖，也有USB界面，方便隨身碟直接存取資料，或是GPIB界面，直接連接到電腦做資料同步處理，比起以往手工記錄真是進步許多。另外也還有多電流光譜的比較功能，在不同輸入電流下的光譜，可以一起比較，一般而言，隨著輸入電流的增加，半導體光電元件的光譜應會有略微紅位移或藍位移的現象。

參考資料

http://en.wikipedia.org/wiki/Spectrometer