透射/反射光譜測量是材料本身的一項重要光學(xué)特性，是光譜測量的基本手段，通常需要使用光譜儀、光源、光纖、測量支架、標準參比樣品、測量軟件等設(shè)備。對于不同種類的樣品，為了獲取更好的光譜數(shù)據(jù)，這兩種基本模式會演變成薄膜測量、吸光度測量等多種測量形式。

隨著工業(yè)的迅速發(fā)展和半導(dǎo)體行業(yè)的生態(tài)化，人們對產(chǎn)品的創(chuàng)新和材料本身的品質(zhì)的要求不斷提高，采用光纖光譜儀進行快速、精確的透射/反射光譜測量技術(shù)也逐漸成熟起來。

透射/反射光譜測量原理

光纖光譜儀通常以比較法來測定光譜的反射率或透過率，即參考樣品與樣本在相同波長上反射或透射的單一顏色的輻射能量，以測定樣本的反射率或透過率等。

在透過率測量時，象素n上的透過率是用當前樣品、參考和背景數(shù)據(jù)按下面方程計算出來的：

式中T-----------透過率

Sample-----------樣品透過強度值

Ref------------參考樣片透過強度

Dark-----------背景數(shù)據(jù)

透過率的百分比在數(shù)學(xué)上與反射率是一樣的，所以同樣可以用于反射實驗，反射測試中ref為參考板反射強度（如果需要測量絕對反射率值，需要在式中乘以系數(shù)C，C為參考反射板在每個波長的絕對反射率值）。

單光路測試：

首先不放樣品，測出100%透射的光譜信號；

放入樣品測試光譜信號

兩個信號進行比較得到的透射率

特點：

1、需要2次測量，測量速度慢；

2、對光源的穩(wěn)定性以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求極高。

雙光路測試：

參照光和主光束分別被探測器接收；

透射率=主光束強度/參考光強度;

測試前要進行系統(tǒng)光譜校正。

Notice：

測量樣品口徑的影響：當樣品小于光斑尺寸時，采用光闌限制；

測試樣品的厚度：對于較厚的樣品在參考光路中也要放入等厚樣品；

測試樣品楔形角影響：光束盡量準直+使用大口徑的積分球探測；

測試樣品后表面：根據(jù)空白基板的雙面透射率，從樣品雙面透射率數(shù)值中求出前表面的透射率數(shù)值；

光線的偏振效應(yīng)：樣品垂直放置+偏執(zhí)測試裝置；

儀器的光譜分辨率：選擇合適的分辨率，濾光片要求分辨率高；

空氣中某些成分的吸收帶影響：二氧化碳吸收，方法是樣品室充氮。

應(yīng)用領(lǐng)域

透射/反射光譜儀系統(tǒng)具有測量快速，準確，方便集成等優(yōu)點，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到實驗室檢測、產(chǎn)品在線測試等應(yīng)用。目前的主要應(yīng)用在：

在線反射/透射測試、高分子材料反射/透射測試

光學(xué)鏡片、薄膜樣品反射/透射測試

干涉濾光片、光伏壓花玻璃透射測試

各種晶體、塑料、紡織品等反射測試

LCD背光板、手機/平板油墨孔等透射測量?

透射光譜測量

透射指入射光通過折射穿過物體后的出射現(xiàn)象。透過的對象多為透明體或半透明體，例如，玻璃、濾光片等。透過率光譜反映了樣品對于光的透過特性，表示透明體透過光的程度，若樣品是無色透明的，除少數(shù)光被反射外，大多數(shù)光均透過物體。以空氣為基準，在全可見光譜范圍內(nèi)透過率都是1透過率。

其光譜透射測量方法原理為：在相同的光源與相同光強度下，分別得到光譜儀在不放待測樣品和放待測樣品的響應(yīng)，通過計算其響應(yīng)的比值得到透過率，透過率Γ通常為樣品的透射光譜與參考光譜的比值。

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透過率測量連接示意圖

由于透射率光譜具有角度特征，所以對于光滑試樣與粗糙試樣，其光譜透射測量的方法也不盡相同，也就是說，在不同的角度下，被測試樣的透射率光譜也會有差異。對于完全平坦的樣品，可以用0度角入射，180度角接收；對粗糙的樣品，要求要0度角入射，積分球接收。積分球在空間上的反射性能很好，在多次反射后，透射光會很均勻，測得的結(jié)果穩(wěn)定、重現(xiàn)性好，而且它的光學(xué)性能也很好，所以在對各種性質(zhì)的樣品進行測試時，都能獲得較高的精度。

透過率測量光路示意圖

這種光路多用于實驗室內(nèi)或工業(yè)在線測試，其結(jié)構(gòu)無需與樣品表面接觸，光路構(gòu)造簡單，對試樣形狀無嚴格要求，檢測簡單快捷，與專用光學(xué)配件相匹配，適合溫度較高的生產(chǎn)環(huán)境，可實現(xiàn)在線檢測，也適用于實驗室檢測。在某些特定的測量中，例如在不同的入射角下，在材料的透射率變化，或在不同的表面特征試樣下進行測量，譬如，光伏壓花玻璃、平板油墨孔、OLED 等光學(xué)玻璃也可以定制專用角度光學(xué)鏡頭及附件以不同角度用到積分球的方式進行測試。

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反射光譜測量

反射率是指由反射部分（含鏡面反射和漫反射）占入射輻射的比例。反射光譜可以用作反射率測量、折射率測量、顏色參數(shù)測量和薄膜厚度測量等方面測量，且廣泛的應(yīng)用于反射型元件的光學(xué)性質(zhì)測量等。在對反射試樣進行測量時，采用全反射散射漫射體作為基準，其反射率在全波長上都是1。因為事實上沒有一種真正的物質(zhì)具有這種性質(zhì)，所以現(xiàn)在通常用煙熏、壓粉或噴涂的氧化鎂（MgO）、硫酸鋇（BaSO4）、海倫和白色陶瓷片等作為參考。

光譜反射測量的基本原理是利用光纖將光源輸送到物體的表面，再將材料的光譜反射數(shù)據(jù)傳到光纖光譜儀上，由軟件將其顯示，并對其進行分析，從而可以對待測樣品進行鑒定。其方法為：在相同的光源與相同光強度下，分別得到光譜儀在不放待測樣品和放待測樣品的響應(yīng)，通過計算其響應(yīng)的比值得到反射率ρ。

在測量時，將一面與基準光路呈一定角度的標準反射器置于測量光路上，并以其反射光譜為參照。當暗光譜和參考光譜都收集完畢后，可以將被測量的樣品替換為標準的反射板，進行后續(xù)實驗的測試。在計算反射光譜時，必須先用軟件來讀取標準反射板的反射率光譜數(shù)據(jù)。若讀取的反射率與所使用的標準反射板不相符，或二者的角度要求不相符，則會導(dǎo)致較大誤差。

反射率測量（探頭）連接示意圖

對待測樣品進行反射率光譜測量，一般使用鹵鎢燈作為照明光源，本文實驗中光源采用萊森光學(xué)的iLight-DH-ADJ氘鹵組合光源，利用LiSpec-HS400微型光譜儀配合反射積分球進行測量，是由于積分球內(nèi)部表面是一個完全的漫射體，其空間的反射性質(zhì)十分均勻，反射的光線在內(nèi)部被反射后會變得很均勻，并且強度會隨著反射次數(shù)增多而減弱；具有測量穩(wěn)定，重復(fù)性好，結(jié)果準確等優(yōu)點。下圖為用積分球測全反射率的光路示意圖。

反射率測量（積分球）連接示意圖

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反射率測量光路示意圖

下表中所示是一個典型的反射光譜測量系統(tǒng)，其中各個部分的組成如下：

名稱

型號

名稱

型號

高靈敏度光纖光譜儀

LiSpec-HS400

漫反射標準板

LS-WS30-R2

氚鹵組合光源

iLight-DH-ADJ

光譜測量軟件

LiSpecview

反射積分球

iSphere-C3

IFR光纖反射探頭

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萊森光學(xué)的光譜儀具有體積小，穩(wěn)定性高，支持軟件二次開發(fā)，配件豐富等特點，已經(jīng)成功的廣泛應(yīng)用于玻璃、高分子材料等行業(yè)的測試。而光纖光譜儀采用光纖光路，解決了光路在儀器集成中的限制。并且萊森光學(xué)為用戶提供了以光譜儀為核心的光譜測量設(shè)備，利用這些配置豐富的設(shè)備，即可搭建各種常見的光譜測量系統(tǒng)。

當我們對物體進行透射測量時，光譜儀的選擇很重要，但其實配件的選擇也同樣不可小覷。整套解決方案的每個部分都和測量結(jié)果的可靠性和準確性密切相關(guān)。接下來我們就透射測量解決方案（光譜配件、探頭等等）進行詳細分析。

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光源：

iLight-HAL、iLight-HAL-HP、LS-UV-HAL鹵鎢燈、紫外增強鹵鎢燈

iLight-DH-ADJ 氚鹵組合光源

iLight-DHc、iLight-Xe 氙燈

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光纖：

采用純度很高的進口石英纖芯，光纖類型采用多模光纖，數(shù)值孔徑為0.22，也可以為用戶提供如NA=0.12、0.15/0.26/0.37等數(shù)值孔徑的多模光纖

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積分球：

主要實現(xiàn)對漫散射強材料的光學(xué)透過率/反射率測量（可根據(jù)需要，切換使用SMA905光學(xué)光譜法或標準BNC探測器法），主要適用于手機屏、顯示屏、玻璃鏡片、膠水、油墨、鍍膜鏡片等透過率測量，特別適合IR油膜孔透過率測量。

標準反射積分球iSphere-C3-REF 標準透射積分球iSphere-C3-TMS

鏡頭：

LS-FOL 光纖準直聚焦鏡頭

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萊森光學(xué)（深圳）有限公司是一家提供光機電一體化集成解決方案的高科技公司，我們專注于光譜傳感和光電應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。

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