CCD-Spektrometer (Ladungskopplungsgeräte) werden hauptsächlich zur spektralen Analyse verwendet, um optische Signale in elektrische Signale umzuwandeln, die weit verbreitet in den Bereichen der Detektion von Substanzkomponenten und der Analyse optischer Eigenschaften sind. Durch die Umwandlung von optischen Signalen in digitale Signale ermöglicht die Erfassung und Analyse von spektralen Daten im Wellenlängenbereich (z. B. 200-2400 nm) und unterstützt hochpräzise Messungen in schwachen Lichtdetektionsumgebungen.
Spektrale CCDs basieren auf optischen Effekten und Mechanismen zur Ladungsspeicherung/Übertragung. Der Kernunterschied zu herkömmlichen CCDs wie Kamera-CCDs besteht darin, dass sie sich eher auf "Wellenlängenoplösung" und "Lichtgenauigkeit" als auf "Bildklarheit" konzentrieren. Der Prozess kann in vier Schritte unterteilt werden:
Lichtabsorption und Ladungserzeugung: Das Spektrometer spaltet durch optische Komponenten wie Raster, Prisma und andere ein eingehendes zusammengesetztes Licht in einfarbiges Licht mit verschiedenen Wellenlängen auf und konzentriert sich auf die optische Sensoreinheit (Pixel) des spektralen CCD. Nachdem das Halbleitermaterial in der Lichtempfindereinheit (wie Silizium) das Photon absorbiert, erzeugt es eine photobiologische Ladung (Elektronen-Loch-Paar), die positiv zur Lichtintensität verhältnismäßig ist.
Ladungsspeicher: Unter der Kontrolle der Elektrodenspannung des CCD wird die photobiologische Ladung vorübergehend in der entsprechenden „Trap“ des Pixels gespeichert (ähnlich einem „kleinen Behälter“), der sich mit der Belichtungszeit und der Lichtintensität akkumuliert (je länger die Belichtungszeit ist, je stärker das Licht ist, desto mehr Ladung).
Ladungsübertragung: Nach Beendigung der Belichtung wird die Ladung der einzelnen Pixel in der Reihenfolge "Zeile für Zeile" an den Ausgang der CCD übertragen (ohne Ladungsverlust während des Prozesses, um die Signalintegrität zu gewährleisten).
Ausgang und Quantisierung des elektrischen Signals: Der Ladungsverstärker an der Ausgangsseite wandelt das Ladungssignal in ein Spannungssignal um, das dann über einen A/D-Wandler (analoger Wandler) in ein digitales Signal umgewandelt wird und anschließend an einen Computer übertragen wird, um die Wellenlängenkalibrierungsdaten des Spektrometers zu kombinieren, um das entsprechende Spektrum "Wellenlänge - Lichtstärke" zu erzeugen.
Anwendungsszenen
Industrielle Prüfung: Verwendet in der Metallurgie, Gießerei und anderen Industrien vor dem Ofen und im Labor, kann Fe, Al, Cu und viele andere Metalllegierungselemente detektiert werden.
Wissenschaftliche Forschungsbereiche: Anwendung in astronomischen Beobachtungen, Fernerkundungen und industriellen Prüfungen, wie z. B. Kalibrierung optischer Instrumente, Analyse von Materialeigenschaften usw.
Technische Merkmale: Mit einer dünnen CCD-Array mit Hintergrundbeleuchtung, in Kombination mit der Flachfeld-Konvum-Hologramm-Raster-Technologie, um die Auflösung und die Fähigkeit zur Unterdrückung von Diffuse-Licht zu verbessern; Unterstützt eine hohe Empfindlichkeit (Dynamikbereich bis 5200:1) und eignet sich für geringe Lichtverhältnisse.