光譜學(xué)術(shù)語(yǔ)和定義詞匯表
為了幫助大家理解那些在頤光科技光學(xué)的產(chǎn)品介紹與報(bào)告中經(jīng)常提到的術(shù)語(yǔ)。但根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，整理相同的術(shù)語(yǔ)。不過(guò)在在不同產(chǎn)品的描述和定義上也會(huì)有細(xì)微的差別。
Electromagnetic Wave
電磁波
電磁波（electromagnetic wave）：由相同且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中衍生發(fā)射的震蕩粒子波，是以波動(dòng)的形式傳播的電磁場(chǎng)，具有波粒二象性。電磁波是由同相振蕩且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中以波的形式移動(dòng)，其傳播方向垂直于電場(chǎng)與磁場(chǎng)構(gòu)成的平面。電磁波在真空中速率固定，速度為光速。
電磁波伴隨的電場(chǎng)方向，磁場(chǎng)方向，傳播方向三者互相垂直，因此電磁波是橫波。當(dāng)其能階躍遷過(guò)輻射臨界點(diǎn)，便以光的形式向外輻射，此階段波體為光子，太陽(yáng)光是電磁波的一種可見(jiàn)的輻射形態(tài)，電磁波不依靠介質(zhì)傳播，在真空中的傳播速度等同于光速。電磁輻射由低頻率到高頻率，主要分為：無(wú)線電波、微波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線和伽馬射線。人眼可接收到的電磁波，稱為可見(jiàn)光（波長(zhǎng)380~780nm）。電磁輻射量與溫度有關(guān)，通常高于絕對(duì)零度的物質(zhì)或粒子都有電磁輻射，溫度越高輻射量越大，但大多不能被肉眼觀察到。
頻率是電磁波的重要特性。按照頻率的順序把這些電磁波排列起來(lái)，就是電磁波譜。如果把每個(gè)波段的頻率由低至高依次排列的話，它們是無(wú)線電波、微波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線及γ射線。
Frequency
頻率
頻率（frequency）：?jiǎn)挝粫r(shí)間完成振動(dòng)的次數(shù)，是描述振動(dòng)物體往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻繁程度的量，常用符號(hào)f或v表示。每個(gè)物體都有由它本身性質(zhì)決定的與振幅無(wú)關(guān)的頻率，叫做固有頻率。
頻率是電磁波的重要特性。按照頻率的順序把這些電磁波排列起來(lái)，就是電磁波譜。如果把每個(gè)波段的頻率由低至高依次排列的話，它們是無(wú)線電波、微波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線及γ射線。 自然界中各類輻射源的電磁波譜是相當(dāng)豐富、相當(dāng)寬闊的，它們的特征參量是波長(zhǎng)λ、頻率f和光子能量E。三者的關(guān)系是f=c/λ，E=hf=hc/λ和E=1.24/λ，式中，E和λ的單位分別是eV（電子伏）和μm，h為普朗克常數(shù)（6.6260755X10J·S）；c為光速，其真空中的近似值等于3X10m/s，在工程實(shí)踐中，根據(jù)不同的需要和習(xí)慣，采用不同的頻譜參量計(jì)量單位。
Photon Energy
光子能量
光子能量( photon energy)：光子即光量子（light quantum），傳遞電磁相互作用的規(guī)范粒子，記為γ。其靜止質(zhì)量為零，不帶電荷，其能量為普朗克常量和電磁輻射頻率的乘積，即E=hv，在真空中以光速c運(yùn)行，單位為焦（J）·秒（s）。
Lnterference Of Light
光的干涉
光的干涉（Interference of light）：物理學(xué)中，干涉（interference）是兩列或兩列以上的波在空間中重疊時(shí)發(fā)生疊加從而形成新的波形的現(xiàn)象。兩列波在同一介質(zhì)中傳播發(fā)生重疊時(shí)，重疊范圍內(nèi)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)同時(shí)受到兩個(gè)波的作用。若波的振幅不大，此時(shí)重疊范圍內(nèi)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移等于各別波動(dòng)所造成位移的矢量和，這稱為波的疊加原理。若兩波的波峰（或波谷）同時(shí)抵達(dá)同一地點(diǎn)，稱兩波在該點(diǎn)同相，干涉波會(huì)產(chǎn)生最大的振幅，稱為相長(zhǎng)干涉；若兩波之一的波峰與另一波的波谷同時(shí)抵達(dá)同一地點(diǎn)，稱兩波在該點(diǎn)反相，干涉波會(huì)產(chǎn)生最小的振幅，稱為相消干涉?！ ?/p>
什么條件下會(huì)發(fā)生光的干涉光的干涉條件？
準(zhǔn)確的說(shuō)，應(yīng)該是兩列相干光可以發(fā)生干涉，任何一個(gè)光束都不可能是絕對(duì)的單色光，也可說(shuō)絕對(duì)不可能只有單一頻率。所以，任何一個(gè)光源只要滿足時(shí)間相干性，都可以發(fā)生干涉，比如一束光的波長(zhǎng)是600nm-601nm，另外一束光是600.5nm-601.5nm，他們的頻率成分當(dāng)中（頻率就是光速除以波長(zhǎng)）有相同的部分，如果滿足時(shí)間相干性，也就是相干頻率大于他們直接的頻率差就可以干涉！另外就是滿足空間相干性，任何一個(gè)光源，可以是光源上不同兩個(gè)地方發(fā)出的光線，只要這兩個(gè)發(fā)光的部分的長(zhǎng)度小于空間相干長(zhǎng)度，就也可以發(fā)生干涉！關(guān)于相位差恒定，也是不必要條件，只要大致穩(wěn)定就行，舉例說(shuō)明：比如，雙縫干涉，當(dāng)屏幕不動(dòng)的時(shí)候，光程差是恒定的，也可以說(shuō)是相位差是恒定的，當(dāng)光屏向后或者向前移動(dòng)的時(shí)候，相位差肯定會(huì)變，條紋間距也會(huì)變，變寬或者變窄，但是干涉圖樣始終存在，說(shuō)明相位差變化了，只能使得干涉圖樣發(fā)生波動(dòng)，但是不穩(wěn)定的相位差一樣可以發(fā)生干涉！震動(dòng)方向一致也是非必要條件，只要震動(dòng)方向不垂直，兩個(gè)互成角度的震動(dòng)，可以向力的分解那樣，把震動(dòng)分為一致方向和垂直方向，一致方向的分量依然可以和另外一個(gè)震動(dòng)發(fā)生干涉，只不過(guò)干涉圖樣的明暗對(duì)比度會(huì)下降，而只要當(dāng)完全垂直的時(shí)候，對(duì)比度才下降為零，才可以認(rèn)為是不干涉了。
綜上所述：頻率相同，位相差恒定，振動(dòng)方向一致的相干光源是發(fā)生“穩(wěn)定”干涉的條件，而非發(fā)生干涉的條件。
Polarized light
偏振光
偏振光（ polarized light ）：振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性叫做偏振，它是橫波區(qū)別于其他縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)志，只有橫波才有偏振現(xiàn)象。光波是電磁波，因此，光波的傳播方向就是電磁波的傳播方向。光波中的電振動(dòng)矢量E和磁振動(dòng)矢量H都與傳播速度v垂直，因此光波是橫波，它具有偏振性。 具有偏振性的光則稱為偏振光。偏振光是指光矢量的振動(dòng)方向不變，或具有某種規(guī)則地變化的光波。按照其性質(zhì),偏振光又可分為平面偏振光（線偏振光）、圓偏振光和橢圓偏振光、部分偏振光幾種。
完全偏振光可分為
（a）線偏振光指光矢量端點(diǎn)的軌跡為直線，即光矢量只沿著一個(gè)確定的方向振動(dòng)，其大小隨相位變化、方向不變，稱為線偏振光。
（b）橢圓偏振光指光矢量端點(diǎn)的軌跡為一橢圓，即光矢量不斷旋轉(zhuǎn)，其大小、方向隨時(shí)間有規(guī)律的變化。
（c）圓偏振光指光矢量端點(diǎn)的軌跡為一圓，即光矢量不斷旋轉(zhuǎn)，其大小不變，但方向隨時(shí)間有規(guī)律地變化。
部分偏振光
在垂直于光傳播方向的平面上，含有各種振動(dòng)方向的光矢量，但光振動(dòng)在某一方向更顯著，不難看出，部分偏振光是自然光和完全偏振光的疊加。
Refractive Index
折射率
光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生改變而使線在不同的交界處偏折的現(xiàn)象即光的折射。折射率指光在真空中的傳播速度與光在該介質(zhì)中的傳播速度之比。材料的折射率越高，使入射光發(fā)生折射的能力越強(qiáng)。 折射率與介質(zhì)的電磁性質(zhì)密切相關(guān)。根據(jù)經(jīng)典電磁理論，εr和μr分別為介質(zhì)的相對(duì)電容率和相對(duì)磁導(dǎo)率。折射率還與頻率有關(guān)，稱色散現(xiàn)象。
Extinction Coefficient
消光系數(shù)
透射率
Absorption Coefficient
吸收系數(shù)
Complex Refractive Index
復(fù)折射率
Penetration Depth
穿透深度
Permittivity
介電常數(shù)
Complex Dielectric Function
復(fù)介電常數(shù)
Absorbance
吸光度
吸光度（absorbance）：是指光線通過(guò)溶液或某一物質(zhì)前的入射光強(qiáng)度與該光線通過(guò)溶液或物質(zhì)后的透射光強(qiáng)度比值的以10為底的對(duì)數(shù)
光進(jìn)入樣品或光譜儀時(shí)可能發(fā)生色散或準(zhǔn)直。色散光包含了多個(gè)方向的光束，而準(zhǔn)直光只包含平行入射的光束。
有不參加光譜圖的像元（這些像元接收不到光）。將這些暗像元
熒光是指吸收光和后來(lái)的發(fā)射光是兩個(gè)不同的頻率或波長(zhǎng)。這通常出現(xiàn)在一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中，一種低波長(zhǎng)帶的入射光在一個(gè)方向上被吸收，另一種更高波長(zhǎng)帶的光在所有方向被發(fā)射出。在樣品吸收紫外光（人眼不可見(jiàn)），發(fā)射可見(jiàn)光的時(shí)候，這種情況更加明顯。
樣品分子可以是激發(fā)電子，由于入射光子的影響而振動(dòng)，通過(guò)加熱周圍樣品而變成更低的振動(dòng)狀態(tài)，然后電子返回基態(tài)，發(fā)射比吸收的
熒光粉涂層是應(yīng)用在檢測(cè)器上用來(lái)提高紫外波段的靈敏性。這種涂層能夠發(fā)射出被檢測(cè)器紫外末端的像元識(shí)別的更低頻率的光子。參考紫外涂層。
積分時(shí)間是檢測(cè)器在將累積的電荷通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器加工之前，被允許收集光子的時(shí)間長(zhǎng)度。最小積分時(shí)間是設(shè)備支持的最短積分時(shí)間，它取決于檢測(cè)器讀出所有像素信息的快慢，積分時(shí)間與數(shù)據(jù)傳輸速度是不同的概念。
照度不是這個(gè)量值的技術(shù)性的正確術(shù)語(yǔ)，這個(gè)量值是依賴波長(zhǎng)的，它的正確術(shù)語(yǔ)應(yīng)該是絕對(duì)光譜輻照度。
Optical Resolution
光學(xué)分辨率
光譜儀的光學(xué)分辨率是指測(cè)量曲線的半峰寬（FWHM），它是由光柵刻線密度和入射光口徑（光纖或狹縫）決定的。光分辨率隨著光柵刻線密度的增大而增大，但是增加光柵刻線密度的同時(shí)，光譜范圍會(huì)隨之降低。光分辨率同樣隨著狹縫寬度或光纖直徑的減少而增大，但減少狹縫寬度或者光纖芯徑的同時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)降低。光分辨率通過(guò)下面的公式計(jì)算出來(lái)：
OR = SR/n x PR
OR=光譜儀的光分辨率（單位：nm）
SR=光柵分光范圍（單位：nm）
n=檢測(cè)器原件的數(shù)量（單位：像素）
PR=光譜儀和狹縫的像素分辨率（單位：像素）
這個(gè)比值稱之為色散，單位是：納米/像素。這個(gè)數(shù)值對(duì)檢測(cè)器和光柵的結(jié)合是很重要的。
Raman 拉曼光譜
光照射到物質(zhì)上發(fā)生彈性散射和非彈性散射. 彈性散射的散射光是與激發(fā)光波長(zhǎng)相同的成分,非彈性散射的散射光有比激發(fā)光波長(zhǎng)長(zhǎng)的和短的成分, 統(tǒng)稱為拉曼效應(yīng)。拉曼效應(yīng)是光子與光學(xué)支聲子相互作用的結(jié)果。
拉曼光譜－原理 拉曼效應(yīng)起源于分子振動(dòng)(和點(diǎn)陣振動(dòng))與轉(zhuǎn)動(dòng)，因此從拉曼光譜中可以得到分子振動(dòng)能級(jí)(點(diǎn)陣振動(dòng)能級(jí))與轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)結(jié)構(gòu)的知識(shí)。用虛的上能級(jí)概念可以說(shuō)明了拉曼效應(yīng):
設(shè)散射物分子原來(lái)處于基電子態(tài)，振動(dòng)能級(jí)如圖所示。當(dāng)受到入射光照射時(shí)，激發(fā)光與此分子的作用引起的極化可以看作為虛的吸收，表述為電子躍遷到虛態(tài)（Virtual state），虛能級(jí)上的電子立即躍遷到下能級(jí)而發(fā)光，即為散射光。設(shè)仍回到初始的電子態(tài)，則有如圖所示的三種情況。因而散射光中既有與入射光頻率相同的譜線，也有與入射光頻率不同的譜線，前者稱為瑞利線，后者稱為拉曼線。在拉曼線中，又把頻率小于入射光頻率的譜線稱為斯托克斯線，而把頻率大于入射光頻率的譜線稱為反斯托克斯線。
附加頻率值與振動(dòng)能級(jí)有關(guān)的稱作大拉曼位移，與同一振動(dòng)能級(jí)內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)的稱作小拉曼位移：
大拉曼位移：(為振動(dòng)能級(jí)帶頻率)
小拉曼位移：(其中B為轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù))
簡(jiǎn)單推導(dǎo)小拉曼位移：利用轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù)
Sensitivity
靈敏度
光譜儀的靈敏度是一個(gè)衡量可見(jiàn)光輸入與光譜輸出關(guān)系的參數(shù)，可以在海洋光學(xué)軟件中看到這個(gè)參數(shù)。
檢測(cè)器靈敏度，不是指光譜儀靈敏度，通常是可以通過(guò)以下兩種方法表示的：
1.單位入射輻射功率（單位：瓦）的輸出電流（單位：安）
靈敏度可以由在給定輻射功率的發(fā)光光源條件下，檢測(cè)器輸出的電流值來(lái)確定。這種方法測(cè)得的單位通常是A/W（這經(jīng)常作為檢測(cè)器的響應(yīng)率，見(jiàn)NEP）。當(dāng)靈敏度被表達(dá)成A/W時(shí)，檢測(cè)器的量子效率和靈敏度由以下公式得出：
QE = Sx1240/λ x 100 (%),這里λ是波長(zhǎng)，單位是nm。
2.單位入射曝光量（單位：lux.s）的輸出電壓（單位：V）
靈敏度也可以由在一定大小的曝光量下，檢測(cè)器的輸出電壓值來(lái)確定。通常這種方法測(cè)得的靈敏度單位是V/lux.s。
3、靈敏度可以表示成生成每隔count時(shí)需要的入射光的光子數(shù)量。海洋光學(xué)說(shuō)明書(shū)通常顯示在特定波長(zhǎng)下（通常在400nm和600nm）counts（計(jì)數(shù)值）（在OceanView 或SpectraSuite軟件中y-軸的數(shù)值）與入射光子數(shù)量的比值。這個(gè)定義是最有用的定義，因?yàn)樗苯臃磻?yīng)了用戶在海洋光學(xué)軟件上看到的結(jié)果。
Shot Noise
散粒噪聲
散粒噪聲是統(tǒng)計(jì)產(chǎn)生的變化，它存在于任何離散的隨機(jī)系統(tǒng)中。與光譜儀有關(guān)的散粒噪聲的類型有光子噪聲和暗噪聲。
Signal to Noise Ratio
信噪比
信噪比（SNR）的定義是，在一個(gè)特定的信號(hào)水平，信號(hào)強(qiáng)度與噪聲強(qiáng)度的比值——因此它會(huì)隨著測(cè)量不同而有所不同。由于光子噪聲的原因，噪聲通常以信號(hào)函數(shù)的形式增長(zhǎng),信噪比函數(shù)實(shí)際上是單個(gè)信噪比值與它們獲得的該信號(hào)的曲線圖。海洋光學(xué)數(shù)據(jù)表中記載的光譜儀信噪比值是最大可能的信噪比值（在檢測(cè)器飽和狀態(tài)下獲得）。假設(shè)每一個(gè)像元的信噪比響應(yīng)曲線都相同。
具體測(cè)量如下：當(dāng)挑選好光源，以便在最低的積分時(shí)間或積分時(shí)間遠(yuǎn)低于熱噪聲限制的積分時(shí)間內(nèi)使光譜峰值飽和（光譜仍需要有低于0 counts（計(jì)數(shù)值）或其左右的區(qū)域）；想要計(jì)算信噪比，需要取100個(gè)沒(méi)有光入射的掃描，計(jì)算出每個(gè)像元的平均基線值，再取100個(gè)有光入射的掃描，計(jì)算出每個(gè)像元輸出值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差；然后信噪比由以下公式給出：
SNRρ = (S – D)/σρ
這里
SNR=信噪比
S=樣品的平均光譜響應(yīng)強(qiáng)度（有光入射）
D=暗光譜的平均值（沒(méi)有光入射）
σ=樣品的標(biāo)準(zhǔn)差（有入射光）
ρ=像元數(shù)量
想要獲得完整的信噪比與信號(hào)圖，畫(huà)出計(jì)算得到的SNRρ值（噪聲）和Sρ – Dρ值（信號(hào)）。這將涵蓋了一個(gè)很寬的峰值范圍（從光譜暗狀態(tài)到近乎飽和）。因?yàn)樗械南裨加邢嗤捻憫?yīng)曲線，所以信噪比和信號(hào)圖的數(shù)據(jù)可以來(lái)自不同的像元。因?yàn)樵谛盘?hào)大值的時(shí)候，光子噪聲是主要的噪聲來(lái)源，故理想的光譜圖應(yīng)該與y = √x的圖形相似。
請(qǐng)注意，應(yīng)用不同類型的信號(hào)平均方法可以提高信噪比。在基于時(shí)間的信號(hào)平均時(shí)，信噪比將以光譜掃描次數(shù)的平方根增加。舉例說(shuō)明，信噪比為300:1,如果將100次掃描取平均時(shí)，信噪比會(huì)變成3000：1。在基于空間的信號(hào)平均時(shí)，信噪比將以取平均的像元數(shù)量的平方根增加。
0571-86775300
