Máy quang phổ CCD (thiết bị ghép nối điện tích) chủ yếu được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu quang học thành tín hiệu điện để phân tích quang phổ. Nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như phát hiện thành phần vật chất, phân tích đặc tính quang học, v.v. Bằng cách chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu kỹ thuật số, thu thập và phân tích dữ liệu quang phổ trong phạm vi bước sóng như 200-2400nm, hỗ trợ đo lường chính xác cao trong môi trường phát hiện ánh sáng yếu.
Nguyên lý hoạt động của Spectrum CCD dựa trên hiệu ứng quang điện và cơ chế lưu trữ/chuyển điện tích, và sự khác biệt cốt lõi so với CCD hình ảnh thông thường như CCD máy ảnh là: tập trung nhiều hơn vào "khả năng phân giải bước sóng" và "độ chính xác phát hiện cường độ ánh sáng" hơn là "độ sắc nét hình ảnh". Quá trình cụ thể có thể được chia thành 4 bước:
Hấp thụ ánh sáng và tạo điện tích: Máy quang phổ, thông qua các thành phần quang học như raster, lăng kính, phân tách ánh sáng hỗn hợp tới thành các bước sóng khác nhau của ánh sáng đơn sắc và tập trung vào các đơn vị cảm quang (pixel) của CCD phổ. Sau khi các vật liệu bán dẫn trong các đơn vị cảm quang, chẳng hạn như silicon, hấp thụ photon, tạo ra điện tích quang sinh tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng (cặp electron-hole).
Lưu trữ điện tích: Dưới sự kiểm soát điện áp điện cực của CCD, điện tích quang sinh tạm thời được lưu trữ trong một "bẫy thế" tương ứng với pixel (tương tự như "thùng chứa nhỏ"), lưu trữ tích lũy theo thời gian phơi sáng và cường độ ánh sáng (phơi sáng lâu hơn, ánh sáng mạnh hơn, điện tích nhiều hơn).
Chuyển phí: Sau khi kết thúc phơi sáng, điện tích của từng pixel được chuyển theo thứ tự "hàng/cột" đến đầu ra của CCD (không mất phí trong quá trình đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu) bằng cách điều khiển tín hiệu theo thứ tự thời gian.
Đầu ra và lượng tử tín hiệu điện: bộ khuếch đại điện tích ở đầu ra chuyển đổi tín hiệu điện tích thành tín hiệu điện áp, sau đó thông qua bộ chuyển đổi A/D (bộ chuyển đổi analog-digital) thành tín hiệu kỹ thuật số, sau đó truyền đến máy tính, kết hợp với dữ liệu đánh dấu bước sóng của máy quang phổ, tạo ra quang phổ tương ứng "bước sóng - cường độ ánh sáng".
Ứng dụng thực tế
Kiểm tra công nghiệp: Được sử dụng trong luyện kim, đúc và các ngành công nghiệp khác trước lò và phòng thí nghiệm cảnh, nó có thể phát hiện Fe, Al, Cu và các thành phần khác của các nguyên tố hợp kim kim loại.
Lĩnh vực nghiên cứu: Ứng dụng trong quan sát thiên văn, phát hiện cảm biến từ xa và phát hiện công nghiệp, chẳng hạn như hiệu chuẩn dụng cụ quang học, phân tích đặc tính vật liệu.
Đặc điểm kỹ thuật: Sử dụng mảng CCD mỏng chiếu hậu, phù hợp với công nghệ lưới ba chiều lõm trường phẳng, nâng độ phân giải và khả năng ức chế loạn thị; Hỗ trợ phát hiện độ nhạy cao (dải động lên đến 5200: 1), phù hợp với môi trường ánh sáng yếu.