光谱仪

光谱仪（分光光度计、光谱仪或分光镜）是一种用于测量电磁波谱特定部分的光的特性的仪器，通常用于光谱分析以识别材料。测量的变量通常是光的强度，但也可以是，例如，偏振状态。

自变量通常是光的波长或与光子能量成正比的单位，如倒数厘米或电子伏特，它与波长有倒数关系。

光谱仪在光谱学中用于产生光谱线并测量其波长和强度。光谱仪可以在广泛的非光学波长范围内工作，从伽马射线和X射线到远红外线。如果仪器被设计为在绝 对尺度上而不是相对尺度上测量光谱，那么它通常被称为分光光度计。

大多数分光光度计被用于接近可见光谱的光谱区域。一般来说，任何特定的仪器都会在这个总范围的一小部分上操作，因为用于测量光谱的不同部分的技术是不同的。

在光学频率以下（即在微波和无线电频率），频谱分析仪是一个密切相关的电子设备。频谱仪在许多领域都有应用。例如，它们被用于天文学，以分析物体的辐射并推断其化学成分。

光谱仪使用棱镜或光栅将光分散成光谱。这使天文学家能够通过其特征光谱线检测许多化学元素。这些谱线是以引起它们的元素命名的，如氢的α、β和γ线。

一个发光的物体会显示明亮的光谱线。暗线是由吸收产生的，例如，通过气体云的光，这些吸收线也可以识别化学成分。我们对宇宙化学构成的大部分知识来自光谱。

分光镜经常被用于天文学和化学的一些分支中。早期的分光镜只是带有标记光的波长的刻度的棱镜。现代光谱仪一般使用衍射光栅、可移动的狭缝和某种光电探测器，所有这些都由计算机自动控制。

最近的进展是，在一系列没有衍射光栅的微型光谱仪中，越来越多地依赖计算算法，例如，通过在CCD芯片上使用基于量子点的过滤器阵列或在单个纳米结构上实现一系列光电探测器。

约瑟夫-冯-弗劳恩霍夫通过将棱镜、衍射狭缝和望远镜结合在一起，开发了第 一台现代分光镜，提高了光谱分辨率，并可在其他实验室重复使用。弗劳恩霍夫还继续发明了第 一台衍射光谱仪。

古斯塔夫-罗伯特-基尔霍夫和罗伯特-本生发现了光谱仪在化学分析中的应用，并利用这种方法发现了铯和铷。基尔霍夫和本生的分析也使得对恒星光谱的化学解释成为可能，包括夫琅和费线。

当一种材料被加热到炽热状态时，它发出的光是该材料的原子构成的特征。特定的光频率在刻度上产生了明确的带子，可以被认为是指纹。

例如，钠元素在588.9950和589.5924纳米处有一个非常有特点的双黄带，被称为钠D线，其颜色对任何见过低压钠灯的人来说都很熟悉。

在19世纪初的原始分光镜设计中，光线进入一个狭缝，准直透镜将光线转化为一束细的平行光线。

然后光线通过一个棱镜（在手持式分光镜中，通常是阿米奇棱镜），该棱镜将光束折射成光谱，因为不同波长的光线由于色散而被折射出不同的量。然后通过一个带有刻度的管子来观察这个图像，这个刻度是在光谱图像上转置的，可以直接测量。

随着摄影胶片的发展，更精确的摄谱仪被创造出来。它基于与分光镜相同的原理，但它有一个照相机来代替观察管。

近年来，围绕光电倍增管建立的电子电路取代了照相机，使实时光谱分析的精确度大 大提高。光敏器阵列也被用来代替光谱系统中的胶片。这样的光谱分析，或称光谱学，已经成为分析未知物质的组成以及研究天文现象和测试天文理论的重要科学工具。