紫外線光譜輻射計與光學光譜儀

紫外線光譜輻射計與光學光譜儀可依波長解析擷取輻射，因而能評估紫外線光源的光譜分布、峰值位置、帶寬與光譜變化。若要取得絕對輻照度，還需要對整條量測鏈進行輻射度校正。選型時最主要取決於波長範圍、光譜解析度、動態範圍、雜散光特性與量測幾何。

產品系列包含可攜式紫外線光譜輻射計 UVpad 與 UVpad E，以及適用於研究、開發與品質保證的陣列式光譜儀 SR900。光譜輻射計這一名稱與通稱的光譜量測儀器同樣常見——所指的是同一種儀器。

三款產品皆經絕對校正；校正於本公司通過 ISO 17025 認證的實驗室進行，並可溯源至 PTB。相關的物理量與單位請見輻射度量測量，範圍界限請見光譜範圍與標準。

這兩個名稱描述的是相同的光學架構，卻對應兩種不同的量測任務。差異不在光學系統，而在於校正與入射幾何：光譜儀將光分光後輸出相對曲線；光譜輻射計則是經絕對校正的光譜儀——可提供以 W/(m²·nm) 表示的光譜輻照度，並由此換算出 mW/cm²、lux 或 PPFD。

凡需要取得輻照度或劑量者，即需使用光譜輻射計；其餘皆為相對量測。本類別中的每一款儀器皆為光譜輻射計。若需在製程中量測穿透率與 UVT——此屬光度量測而非輻射量測任務——Opsytec 提供製程光度計 ZPM。

光譜儀輸出的是計數值——這些數字取決於偵測器、積分時間、入射狹縫與光導。它們只能說明光源在何處發射，而非發射多少。唯有針對標準件進行絕對校正，才能為每一個波長賦予物理量值，使曲線成為真正的量測結果。

要做到這一點需要三項要素，而一般的光譜儀三者皆無：

• 具計量溯源性的校正，其標準件本身可回溯至國家計量機構——在 Opsytec 即回溯至 PTB。若無此條件，量測值便不具可比性，甚至與貴公司自有儀器去年的數據也無法相比。
• 明確定義的入射光學元件。輻照度是單位面積上的功率，因此儀器必須以符合餘弦特性的加權方式收集已知面積的輻射。沒有擴散片的光導無法做到這一點。
• 雜散光修正。在 UV-C 波段，訊號往往比可見光波段弱上數個數量級。若不進行修正，在該波段所量測到的大多只是儀器內部的雜散光。

寬頻輻射計量測速度較快、成本較低，且在日常使用中更為堅固耐用；然而，它會以自身的光譜響應度對輻射進行加權，僅在光源與校正光源相近時才會正確。對於已知裝置的連續監測而言，它仍是正確的選擇——這正是用於製程與劑量檢查的寬頻輻射計的用途。

一旦光源改變、必須分別評估多個波長，或必須套用作用光譜時，就非使用光譜不可。兩種設計的完整並列比較（包含其誤差來源）請見何時必須使用光譜輻射計。

第一個問題：您需要絕對值嗎？若只關心峰值位置、FWHM 或兩個批次之間的比較，相對量測便已足夠——一台光譜儀即可勝任。一旦必須得出以 mW/cm²、lux 或 J/cm² 表示的數值，就非得進行絕對校正不可。

第二個問題：屬於哪一個波長範圍？純紫外線至 440 nm、紫外線加上可見光起始段至 480 nm，或涵蓋完整光學光譜至 1,100 nm——這將決定儀器的選擇。

第三個問題：在何處進行量測？封閉腔室內無法拉出任何纜線；在該處，儀器必須能自主量測並儲存資料。在工作場所或運轉中的生產線上，採用帶纜線的感測器探頭才是正確選擇。在光學平台上，重要的是量測範圍與解析度，而非體積大小。

最後一列並非矛盾，而是實務中最常見的答案：先進行一次光譜量測，之後再以寬波段方式監控。光譜量測可確定寬波段感測器在此光源下的偏差程度；此後，快速儀器便足以應付重複性檢查——前提是光源保持不變。一旦更換燈管，整個流程就得重新開始。

光譜儀將光分解為各個波長，並量測每個波長的強度。光線首先照射入射光學元件。色散元件（稜鏡或光栅）將各波長在空間上分開；隨後由光電二極體或 CCD 陣列進行偵測。由此得到的光譜可用於推論燈具、LED 或樣品的特性。

最常見的架構為 Czerny-Turner 光譜儀：由兩片反射鏡與一片光栅組成，其配置方式可使光學像差維持在較小範圍，並保持高光譜解析度。此架構相當精巧，足以應用於行動式儀器與小型實驗室工作檯。

必須區分三種設計。

陣列光譜儀使用一排偵測器（通常為 CCD 或 CMOS），可一次擷取整個光譜。因此量測快速，且不需任何移動部件。Opsytec 所有光譜輻射計皆採用此方式運作。

單光儀具有狹縫與旋轉光柵，每次僅通過一個波長。其量測極為精確且光譜純度高，但需要時間——一個波長接著一個波長。典型應用於以波長選擇為關鍵的研究與品質管制。

雙單光儀將兩具單光儀串聯配置。此設計可進一步降低雜散光，凡是極微弱訊號與強訊號並存之處皆需採用——例如紫外線波段以及高精度實驗室計量。

單一光譜即可得出多項物理量：

• 照度－ 經光度加權的光強度
• 相關色溫（CCT）－ 描述光線呈現的暖色或冷色感受
• 演色性指數－ 光源還原色彩的準確程度
• CIE 色度座標－ 在標準色空間中的色點位置
• 光譜功率分布－ 能量在光譜上的分布情形
• 峰值波長與主波長－ 能量最高處以及視覺上主導的波長位置

寬頻輻射計則僅提供單一數值。

各項物理量的意義說明請見色度量；所有光學量的符號、單位與定義則收錄於光學量詞彙表。

光譜儀一詞的涵蓋範圍遠超過光度量測。以下三種儀器類型經常出現在同一次搜尋中，但量測的對象卻完全不同：

質譜儀依離子的質荷比加以分離。它們可鑑別極微量的物質，應用於化學分析、生物化學、環境科學與製藥工業。

原子吸收光譜儀量測氣化金屬原子對光的吸收情形，並據此測定溶液中的金屬濃度——應用於環境分析、毒理學與材料科學，尤其是重金屬的檢測。

分光光度計又常稱為 UV-Vis 光譜儀，量測樣品的吸光度或穿透率，並由此推算濃度。廣泛應用於臨床診斷、水質分析與食品監測。針對製程中的穿透率與 UVT 量測，Opsytec 提供 ZPM 製程光度計。

相較之下，光譜輻射計則是以絕對校正為基準量測光譜輻照度。其入射光學元件為漫射器，通常透過導光元件連接——例如 SR900 光譜輻射計。

光譜儀與光譜輻射計有何不同？
光譜儀提供相對值；光譜輻射計則經過絕對校正，可提供光譜輻照度。本類別中的每一台儀器皆為光譜輻射計。

我需要何種波長範圍與解析度？
該範圍必須完整涵蓋發射光譜及任何次要譜帶——僅紫外線時最高至 440 nm，紫外線加上可見光起始段最高至 480 nm，或涵蓋完整光學光譜最高至 1,100 nm。解析度則決定間距相近的峰值或狹窄譜線是否仍能被分辨。

陣列式光譜儀會出現哪些量測誤差？
首要為散射光：強波長的部分能量會出現在不屬於它的位置。在 UV-C 波段，訊號往往比可見光範圍弱上數個數量級——若未進行散射光校正，在該處量到的主要是儀器本身的散射光。此外還有暗電流、非線性與溫度飄移等因素。

由光譜可以計算出哪些量值？
光譜輻照度透過積分與加權，幾乎可推導出任何特性參數：各光譜範圍的輻照度、紫外線劑量、透過 V(λ) 換算的照度、PPFD，以及依 IEC 62471 等標準加權的作用量值。這正是相較於用於製程與劑量檢查的寬波段輻射計的優勢所在。

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