应用背景

光谱仪广泛应用于物理、化学、生物等研究领域，特别是微型光纤光谱仪在这些领域中扮演着重要角色。然而，许多微型光纤光谱仪仍采用传统的CT（Czerny-Turner）光路设计，这种设计虽有其应用历史，但也存在一些劣势。首先，光路复杂性是CT光路设计的一个主要问题。无论是交叉CT光路还是非交叉CT光路，其光路中通常包括多个反射镜和色散元件，这使得光路的构建和调节相对复杂。这种复杂性不仅增加了光谱仪的不稳定性，还带来了更高的维护要求。其次，光效率方面的不足也是CT光路的一大短板。由于光路中存在多次反射，光信号在传播过程中会遭遇较高的损耗。这种损失可能会显著影响光谱仪的灵敏度，从而限制了其在微弱信号检测中的性能。

为了解决这些问题，我们格物光学推出了全新的HiNA光谱仪。HiNA光谱仪通过革新的设计，克服了传统CT光路的劣势，实现了更高的光效和更优越的光路配置。

产品特点 

格物光学的HiNA系列光谱仪拥有创新的光学平台设计和卓越的性能，为用户提供了更高的灵敏度和精确度。

图1. HiNA光路示意图

高数值孔径光路设计

HiNA系列光谱仪采用了至少为F/2的大数值孔径光路设计。与CT光路的小型光纤光谱仪相比，这一设计不仅显著提升了光的收集能力，还确保了在同等体积条件下，光通量和灵敏度的显著提高。这种设计的优势包括：

- 更大NA光纤匹配：支持更高数值孔径（NA）的光纤，实现了更高效的光能利用。

- 高效光能利用：光学设计最大限度地保证了光信号的利用率，减少了杂散光的干扰。这增加了信号的纯净度，降低了背景噪音，从而提升了光谱测量的准确性。

- 适应空间发光样品：对荧光、拉曼、microLED等样品的收光效率大幅提升，能够捕捉到更多的光信号。

这些特点使得HiNA光谱仪在测量微弱信号时表现优异，无论是在同等强度的信号下加快测量速度，还是进行高速mapping或多次平均测量，HiNA都更加合适。

优化的透射光路设计

格物光学的HiNA光谱仪的透射光路设计相比于传统的反射光路，同样具有明显的优势。具体包括：

- 光信号损耗更小：透射光路显著减少了光线通过光学元件时的损耗，有效保持了光强度。这使得HiNA系列具有更高的检测灵敏度和检测精度。

- 适合微弱光信号检测：无论是荧光、拉曼还是microLED等微弱光信号的测量场景，HiNA光谱仪都能确保测量准确、快速。

光学-电子独立模块设计

同时，HiNA系列光谱仪也做了创新的模块化设计：

- 独立模块设计：光学模块与探测器模块相对独立，支持探测器的快速更换。

- 探测器选择多样：提供从非制冷探测器到薄型背照式制冷探测器，再到深度制冷探测器的广泛选择，以满足不同用户的探测需求。

这一设计不仅提高了用户在更换光谱仪配置时的便捷性，还增加了光谱仪装配和使用的稳定性。

实测效果

HiNA-F2 vs 进口光谱仪（0.22数值孔径光纤）

下图为相同光源、相同光纤、相同积分时间下，HiNA-F2和 进口光谱仪 的光强对比数据。HiNA-F2使用150um的狭缝，进口光谱仪 使用100um的狭缝，由于狭缝大小和光强成线性相关，因此100um的HiNA-F2的等效光强约为图上绿色谱图的66%左右。

大致对比几处波长位置的强度：

图2. HiNA-F2 和 进口光谱仪 光强对比

HiNA-F1 vs 进口光谱仪 （0.39数值孔径光纤）

在另一个对比实验中，我们选用了更大数值孔径的光纤（NA=0.39），对同一个带积分球的卤钨灯进行了对比测试，结果如下：

图3. HiNA-F1配合0.39数值孔径光纤测量结果		图4. 进口光谱仪 配合0.39数值孔径光纤测量结果

HiNA-F1使用50um的狭缝，进口光谱仪 使用25um的狭缝，由于狭缝大小和光强成线性相关，因此25um的HiNA-F1若要达到同样的光强，所需的积分时间约为实验时的两倍，即20ms。在此条件下，HiNA-F1与进口光谱仪 的灵敏度比例，可以等效为两者积分时间的反比，即1600ms / 20ms = 80 倍。可见，当在更大的数值孔径的光学设计，和更大数值孔径的光纤的加持下，HiNA系统的优势变得异常显著。

总结与展望

HiNA光谱仪高数值孔径光路和优化的透射光路设计，大幅提升了光谱测量的灵敏度和准确性，尤其在处理微弱信号和复杂样品时表现出色。这对于需要高灵敏度和高精度分析的科研机构、工业应用及质量控制等领域具有重要意义。

随着技术的不断进步，HiNA光谱仪在数据处理速度、系统集成和用户操作便利性方面还有进一步提升的空间。未来，结合人工智能和大数据分析技术，HiNA光谱仪可能会实现更智能化的分析功能，进一步拓展其应用领域。

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