光譜學(xué)術(shù)語和定義詞匯表
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。但根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，整理相同的術(shù)語。不過在在不同產(chǎn)品的描述和定義上也會有細(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與磁場在空間中衍生發(fā)射的震蕩粒子波，是以波動的形式傳播的電磁場，具有波粒二象性。電磁波是由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直于電場與磁場構(gòu)成的平面。電磁波在真空中速率固定，速度為光速。
電磁波伴隨的電場方向，磁場方向，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，太陽光是電磁波的一種可見的輻射形態(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：無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線。人眼可接收到的電磁波，稱為可見光（波長380~780nm）。電磁輻射量與溫度有關(guān)，通常高于絕對零度的物質(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，就是電磁波譜。如果把每個波段的頻率由低至高依次排列的話，它們是無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線及γ射線。
Frequency
頻率
頻率（frequency）：單位時間完成振動的次數(shù)，是描述振動物體往復(fù)運(yùn)動頻繁程度的量，常用符號f或v表示。每個物體都有由它本身性質(zhì)決定的與振幅無關(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，就是電磁波譜。如果把每個波段的頻率由低至高依次排列的話，它們是無線電波、微波、紅外線、可見光、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，重疊范圍內(nèi)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)同時受到兩個波的作用。若波的振幅不大，此時重疊范圍內(nèi)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動位移等于各別波動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）同時抵達(dá)同一地點(diǎn)，稱兩波在該點(diǎn)同相，干涉波會產(chǎn)生最大的振幅，稱為相長干涉；若兩波之一的波峰與另一波的波谷同時抵達(dá)同一地點(diǎn)，稱兩波在該點(diǎn)反相，干涉波會產(chǎn)生最小的振幅，稱為相消干涉?！ ?/p>
什么條件下會發(fā)生光的干涉光的干涉條件？
準(zhǔn)確的說，應(yīng)該是兩列相干光可以發(fā)生干涉，任何一個光束都不可能是絕對的單色光，也可說絕對不可能只有單一頻率。所以，任何一個光源只要滿足時間相干性，都可以發(fā)生干涉，比如一束光的波長是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）有相同的部分，如果滿足時間相干性，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，任何一個光源，可以是光源上不同兩個地方發(fā)出的光線，只要這兩個發(fā)光的部分的長度小于空間相干長度，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，舉例說明：比如，雙縫干涉，當(dāng)屏幕不動的時候，光程差是恒定的，也可以說是相位差是恒定的，當(dāng)光屏向后或者向前移動的時候，相位差肯定會變，條紋間距也會變，變寬或者變窄，但是干涉圖樣始終存在，說明相位差變化了，只能使得干涉圖樣發(fā)生波動，但是不穩(wěn)定的相位差一樣可以發(fā)生干涉！震動方向一致也是非必要條件，只要震動方向不垂直，兩個互成角度的震動，可以向力的分解那樣，把震動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震動發(fā)生干涉，只不過干涉圖樣的明暗對比度會下降，而只要當(dāng)完全垂直的時候，對比度才下降為零，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 ）：振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做偏振，它是橫波區(qū)別于其他縱波的一個最明顯的標(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。光波中的電振動矢量E和磁振動矢量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確定的方向振動，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，含有各種振動方向的光矢量，但光振動在某一方向更顯著，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，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)的相對電容率和相對磁導(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）：是指光線通過溶液或某一物質(zhì)前的入射光強(qiáng)度與該光線通過溶液或物質(zhì)后的透射光強(qiáng)度比值的以10為底的對數(shù)
光進(jìn)入樣品或光譜儀時可能發(fā)生色散或準(zhǔn)直。色散光包含了多個方向的光束，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的發(fā)射光是兩個不同的頻率或波長。這通常出現(xiàn)在一個實(shí)驗(yàn)裝置中，一種低波長帶的入射光在一個方向上被吸收，另一種更高波長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），發(fā)射可見光的時候，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，通過加熱周圍樣品而變成更低的振動狀態(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)用在檢測器上用來提高紫外波段的靈敏性。這種涂層能夠發(fā)射出被檢測器紫外末端的像元識別的更低頻率的光子。參考紫外涂層。
積分時間是檢測器在將累積的電荷通過A/D轉(zhuǎn)換器加工之前，被允許收集光子的時間長度。最小積分時間是設(shè)備支持的最短積分時間，它取決于檢測器讀出所有像素信息的快慢，積分時間與數(shù)據(jù)傳輸速度是不同的概念。
照度不是這個量值的技術(shù)性的正確術(shù)語，這個量值是依賴波長的，它的正確術(shù)語應(yīng)該是絕對光譜輻照度。
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，光譜范圍會隨之降低。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，信號強(qiáng)度會降低。光分辨率通過下面的公式計(jì)算出來：
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）
這個比值稱之為色散，單位是：納米/像素。這個數(shù)值對檢測器和光柵的結(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)光波長相同的成分,非彈性散射的散射光有比激發(fā)光波長長的和短的成分, 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(和點(diǎn)陣振動)與轉(zhuǎn)動，因此從拉曼光譜中可以得到分子振動能級(點(diǎn)陣振動能級)與轉(zhuǎn)動能級結(jié)構(gòu)的知識。用虛的上能級概念可以說明了拉曼效應(yīng):
設(shè)散射物分子原來處于基電子態(tài)，振動能級如圖所示。當(dāng)受到入射光照射時，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），虛能級上的電子立即躍遷到下能級而發(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。
附加頻率值與振動能級有關(guān)的稱作大拉曼位移，與同一振動能級內(nèi)的轉(zhuǎn)動能級有關(guān)的稱作小拉曼位移：
大拉曼位移：(為振動能級帶頻率)
小拉曼位移：(其中B為轉(zhuǎn)動常數(shù))
簡單推導(dǎo)小拉曼位移：利用轉(zhuǎn)動常數(shù)
Sensitivity
靈敏度
光譜儀的靈敏度是一個衡量可見光輸入與光譜輸出關(guān)系的參數(shù)，可以在海洋光學(xué)軟件中看到這個參數(shù)。
檢測器靈敏度，不是指光譜儀靈敏度，通常是可以通過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，檢測器輸出的電流值來確定。這種方法測得的單位通常是A/W（這經(jīng)常作為檢測器的響應(yīng)率，見NEP）。當(dāng)靈敏度被表達(dá)成A/W時，檢測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，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，檢測器的輸出電壓值來確定。通常這種方法測得的靈敏度單位是V/lux.s。
3、靈敏度可以表示成生成每隔count時需要的入射光的光子數(shù)量。海洋光學(xué)說明書通常顯示在特定波長下（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，在一個特定的信號水平，信號強(qiáng)度與噪聲強(qiáng)度的比值——因此它會隨著測量不同而有所不同。由于光子噪聲的原因，噪聲通常以信號函數(shù)的形式增長,信噪比函數(shù)實(shí)際上是單個信噪比值與它們獲得的該信號的曲線圖。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（在檢測器飽和狀態(tài)下獲得）。假設(shè)每一個像元的信噪比響應(yīng)曲線都相同。
具體測量如下：當(dāng)挑選好光源，以便在最低的積分時間或積分時間遠(yuǎn)低于熱噪聲限制的積分時間內(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個沒有光入射的掃描，計(jì)算出每個像元的平均基線值，再取100個有光入射的掃描，計(jì)算出每個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圖，畫出計(jì)算得到的SNRρ值（噪聲）和Sρ – Dρ值（信號）。這將涵蓋了一個很寬的峰值范圍（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，所以信噪比和信號圖的數(shù)據(jù)可以來自不同的像元。因?yàn)樵谛盘柎笾档臅r候，光子噪聲是主要的噪聲來源，故理想的光譜圖應(yīng)該與y = √x的圖形相似。
請注意，應(yīng)用不同類型的信號平均方法可以提高信噪比。在基于時間的信號平均時，信噪比將以光譜掃描次數(shù)的平方根增加。舉例說明，信噪比為300:1,如果將100次掃描取平均時，信噪比會變成3000：1。在基于空間的信號平均時，信噪比將以取平均的像元數(shù)量的平方根增加。
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