荷蘭 Avantes 公司的微型光纖光譜儀越來越多地為廣大高端科研用戶和 OEM 工業用戶所接受，這都得益于其先進的技術和穩定可靠的品質，尤其是對那些需要多通道光譜儀的用戶，每個通道間的同步是非常重要的，而這幾乎是 Avantes 公司的專利。目前，在歐洲市場上已佔有絕對市場份額，在國內市場的佔有率也超過了 50% 。

與同類產品相比，荷蘭 Avantes 公司的微型光纖光譜儀的優勢主要表現在以下幾個方面：

1.光路設計：對稱式光路（可獲得更高的解析度和降低雜散光）和交叉光路

• Avantes 公司的 AvaSpec 系列光譜儀採用對稱式光路設計，入射焦距和色散焦距比是嚴格的1:1 關係，在 CCD 上成的是完美的直線象，沒有象差，並且由於不存在光路交叉，使得雜散光的影響被降低到最小。

圖 1 AvaSpec 系列光譜儀的光學平臺

• 目前，市場上的同類產品大多採用交叉式光路設計，入射焦距和色散焦距比是 1:1.6 ，實際上成象在 CCD 上的像是入射狹縫的 1.6 倍，而且在探測器上所成的像是彎月形，具有明顯的象差，從而降低了解析度。所以他們通常會採用更窄的狹縫來進行補償，但這樣做勢必會降低光譜儀的靈敏度，得不償失。其次，交叉光路會帶來較大的雜散光影響。

2. CCD 光譜儀探測器性能比較： Sony 二代 ILX554 型 2048 圖元 CCD 探測器和 Toshiba TCD1304AP 型 3648 圖元 CCD 探測器的性能對比

• 其他公司的微型光譜儀原來均採用 Sony 一代 ILX511 型 2048 圖元 CCD ，由於 Sony 公司停產了該探測器，所以大多數光譜儀生產商都轉向了 Toshiba TCD1304AP 型 3648 圖元 CCD探測器，而荷蘭 Avantes 公司的 AvaSpec-2048 光譜儀一直使用的是 Sony 二代 ILX554 型2048 圖元 CCD 探測器，這種探測器是非常優秀的一款 CCD 探測器。

Toshiba TCD1304AP 型 3648 圖元 CCD 探測器主要是為條碼掃描應用開發的，所以用於光譜測量都會存在缺陷。通常這種探測器有兩種工作模式：

預掃描模式 (Prescan mode) ：在這種模式下，第一次預掃描得到的是非線性資料，不能使用；第二次掃描得到的是線性資料，可以正常使用。它的優點是可以得到非常穩定和線性的光譜，缺點是在信號中殘留了少量的（ <5% ）的預掃描圖像（稱為鬼象）。預掃描模式不能用於需要快速外觸發和精確時間控制的測量中，因為這種掃描模式總是在掃描開始後延遲一個積分時間（最少 3.7ms ）才開始。

清空緩存模式 (Clear-Buffer mode/Shutter Mode) ：在這種模式中，每次開始掃描前，探測器的緩存將會被清空。它的優點是探測器在接收到一個外觸發信號立刻開始掃描，缺點是在清空緩存後，探測器會有一個較小的探測閾值，這就導致 Toshiba 探測器無法探測相對較弱的信號（ <500 counts ），並且探測器的信號與積分時間不成正比，得到光譜的線性度不好。

目前，由於採用了 Toshiba TCD1304AP 型 3648 圖元 CCD 探測器， 一些光譜儀生產商為了避開由兩種工作模式的缺陷對測量帶來的影響，通過軟體上對積分時間設置一個切換點：當積分時間大於 3.8ms 時，探測器自動切換至預掃描模式；當積分時間小於 3.8ms ，探測器自動切換至清空緩存模式。如圖 2 所示， 3.8ms 積分時間的光譜強度與 3.79ms 積分時間的光譜強度具有很大的差別，說明積分時間只要小於 3.8ms ，探測器對信號的回應就會發生嚴重失真（如圖 2 中藍線），信號強度與積分時間不成正比，不能真實反映被測光譜的情況。因此，Toshiba TCD1304AP 型 3648 圖元 CCD 探測器不適用於積分時間小於 3.8ms 的與時間相關的分析工作、絕對輻射測量、顏色測量等領域。

圖 2 Toshiba TCD1304AP 型 3648 象素探測器光譜儀

預掃描模式（ 3.8ms 積分時間）和清空緩存模式（ 3.79ms 積分時間）的光譜對比

• 實際上，荷蘭 Avantes 公司也有採用 Toshiba 3648 圖元 CCD 探測器的光譜儀 AvaSpec-3648 ，但默認狀態是 預掃描模式，所以不存在譜線失真問題。 但由於探測器本身存在缺陷，因此我們還是推薦用戶使用採用 Sony 二代 ILX554 型 2048 圖元 CCD 探測器的 AvaSpec-2048 光譜儀。

3. 多通道光譜儀各通道間可同步採樣

• AvaSpec-2048 型光譜儀可以配置成雙通道或多通道（ USB1.1 平臺最多 8 個通道， USB2.0平臺最多 128 通道），整台光譜儀採用主從電路板控制，各通道間實現真正意義上的同步資料獲取。每個通道均包括一個獨立的光學平臺，內有狹縫、准直透鏡、光柵、聚焦鏡和 Sony 公司二代 CCD 探測器。

圖 3 AvaSpec-2048-8 八通道光譜儀

• 目前，微型多通道光纖光譜儀只有荷蘭 Avantes 公司能夠提供。這是因為 Toshiba 探測器在每次掃描時都會有一個時間延遲，並且這個時間延遲不固定，最少是 3.7ms ，導致各通道間的探測器在採樣開始時間上無法保持同步。

4.功能強大的外觸發介面和方便的光譜儀採樣時間延遲的控制

AvaSpec-2048-USB2 光譜儀能夠在接受外觸發信號之後延遲 1us-89sec 開始採樣。外觸發信號可以從光譜儀的 DB-26 介面進入。此外，該光譜儀還可以發出一個 TTL 信號來觸發脈衝雷射器，而且在 AvaSoft-Full 軟體中可以設置光譜儀採樣開始時間和雷射脈衝間的延遲時間為-20ns-89sec 。

AvaSpec-2048-UBS2 光譜儀的這些特點使其非常適用於需要快速回應或需要外觸發信號精確同步的應用領域，例如傳送帶上的產品檢測、 LIBS 和螢光測量應用等。

圖 4 外觸發和光譜儀採樣時間延遲控制圖

其中： t 1 = 外觸發信號與產生雷射脈衝的延遲 , 1us-89sec

t 2 = 雷射脈衝與採樣開始時間的延遲 , -20ns –89sec, 步長 21ns

t int = 積分時間 , 1.1ms-10min

5. 溫度穩定性好，熱漂移小

AvaSpec-2048 型光譜儀的光學元件和底板間採用無應力裝配，出廠前經過特殊工序處理，因此環境溫度對光譜儀影響極小，環境溫度每變化 1 ℃ 僅漂移 0.1 個像元。優秀的溫度穩定性確保長時間測量的精確性和可重複性。

6. 在寬測量光譜範圍內可保持高解析度

對於等離子體測量和 LIBS 測量，一般都要求光譜儀在較寬的光譜範圍內，具有較高的解析aSpec-2048 型光譜儀的最高解析度為 0.04nm ，而多通道光譜儀可以滿足在 200-900nm 光譜範圍內，解析度小於 0.1nm ，同時使用光纖束進行探測（一端為一個接頭，用於探測信號，另一端為多個接頭，連接各個通道），操作既簡單，又可以保證探測位於同一位置的信號。

而其他廠商由於不能提供多通道光譜儀，如果要實現 200-900nm 內解析度小於 0.1nm ，只能在一台電腦上連接多台單通道光譜儀，使用多根光纖進行探測，操作起來非常不方便，最主要的是各光譜儀之間無法保證同步採樣，以及每根光纖探測到的信號也不是同一位置的，代表性不強。

7.AvaSpec 系列光譜儀的其他獨特性能

• 功能強大的數位 / 類比控制介面使得 AvaSpec 系列光譜儀可以獨立進行測量工作，而不必使用電腦，這使得它們非常適合工業線上測量

• USB2 平臺的 AvaSpec 系列光譜儀添加了藍牙 (-BT) 通信以及在板卡上存儲光譜的 SDRAM卡選項，能夠實現遠距離測量和傳輸（大於 300 米）以及長時間光譜資料存儲。