光譜儀是一種用來測量光譜成分的科研儀器，光譜儀可以直觀地顯示一張光譜（y軸是強度，x軸是光波長/頻率），表征著光強隨著光波長的分布。不同波長的光在光譜儀內部被分光元件分開，分光元件通常是折射棱鏡或者衍射光柵。

上圖：燈泡和太陽光的光譜（左）、光柵和棱鏡的分光原理（右）

光譜儀用于測量各種各樣的光輻射，可以直接測光源的發射光譜，也可以測光源和物質相互作用后的反射、吸收、透射、或者散射光譜。光和物質相互作用后，其光譜會在某個光譜范圍或者是某個特定波長發生變化，根據光譜的變化就可以定性或定量地分析物質的特性，比如生物和化學上對血液及未知溶液的成分及濃度分析，以及對材料的分子、原子結構和元素組成的分析。

上圖：不同種類油的紅外吸收光譜

光譜儀最初被發明用于物理、天文學、化學研究，目前是化學工程、材料分析、天文科學、醫學診斷和生物傳感等眾多領域最重要的儀器之一。17世紀，人們首次利用棱鏡發現了“光譜”，由一束白光經過棱鏡后形成的連續彩色光帶。

上圖：艾薩克·牛頓用三棱鏡研究太陽光譜

19世紀初，德國科學家Joseph von Fraunhofer（夫朗禾費），結合了棱鏡、衍射狹縫和望遠鏡，制作了精度和準確度較高的光譜儀，用于分析太陽發射的光譜，首次發現了太陽光的七色光譜并不是連續的，而是上面有多條暗線，即著名的“夫朗禾費線”，對應著不同元素對太陽光譜的吸收，人類也由此知道了太陽光的組成。同時，夫朗禾費也是第一個使用衍射光柵獲得線光譜，并且測量譜線波長的人。

上圖：早期的光譜儀，用人眼觀察

上圖：夫朗禾費線(彩帶中的暗線)

上圖：太陽光譜，向下凹部分對應著夫朗禾費線

19世紀中葉，德國化學家Robert Bunsen 對各種鹽類的燃燒火焰進行了系統觀察，發現了焰色反應，隨后在其物理學家好友 Gustav Kirchhoff的建議下，通過觀察光譜實現對元素的定性檢驗，1860年他們發表了對八種元素光譜的發現，并確定了這些元素在幾種天然化合物中的存在，他們的研究也開創了光譜分析化學的一個重要分支：光譜分析。

上圖：焰色反應

20世紀20年代，印度物理學家C.V.Raman，用光譜儀在有機溶液中發現了光和分子的非彈性散射效應，即入射光和分子相互作用后，能量會發生上移或下移，這種現象后被稱作拉曼散射。光能量的變化量表征了分子的微觀構造，所以拉曼散射光譜目前廣泛應用于材料、醫藥、化工等行業，用于鑒定和分析物質的分子類型及分子結構。

上圖：入射光與分子作用后能量發生了上移和下移

20世紀30年代，美國科學家Beckman博士首次提出單獨測量每個波長的紫外光譜吸收，繪制出完整的吸收光譜，從而揭示溶液中的化學物質類型和濃度。這種透射吸收光路由光源、光譜儀、樣品組成，目前大多數溶液的成分和濃度探測都是基于這種透射吸收光譜。

上圖：吸光度檢測原理——光源-準直-分光-狹縫-溶液-探測器

20 世紀 40 年代，第一臺直讀光譜儀被發明，首次采用光電倍增管和電子器件替代了傳統的人眼觀察或照相膠片，可以直接讀出光譜強度，光譜儀作為科學儀器在使用便捷性、定量測量、以及靈敏度等方面有了顯著的提升。

20世紀中后期，光譜儀技術的發展離不開光電半導體材料和器件的發展。1969年，貝爾實驗室的 Willard Boyle 和 George Smith 發明了CCD（Charge-Coupled Device），隨后由同在貝爾實驗室的Michael F. Tompsett在1970年代改進開發為成像應用，1980年，日本NEC的Nobukazu Teranishi發明了固定光電二極管，極大提高了圖像噪比和分辨率。1995年，NASA的Eric Fossum發明了CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）圖像傳感器，其功耗比同類CCD圖像傳感器低100倍，生產成本也低得多。

20世紀90年代，隨著微電子技術發展，光電器件的制造工藝、性能、成本都有了極大的提升，陣列式CCD、CMOS也首次應用于光譜儀。這種光譜儀可以在單次曝光下獲取全范圍光譜，相比傳統旋轉光柵的多次采集，在采集速度、小型化取得了突破進展。相應地，光譜儀的應用領域也得到了極大的拓展，目前光譜儀主要用于化學分析、顏色測量、熒光光譜、激光波長分析、LED 分選、成像和照明、傳感設備、熒光光譜、拉曼光譜等。

21世紀的前20年，各種類型光譜儀的設計制造技術逐漸成熟和穩定，伴隨著各行各業發展對光譜儀的需求日漸增長，光譜儀的發展也更加迅速更具行業針對性，除了常規的光學參數指標外，不同行業對光譜儀的體積大小、軟件功能、通信接口、響應速度、穩定性、乃至成本都有不同的需求，因此光譜儀有了更多的細分種類和更加多元化的發展。

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