像散校正光纖光譜儀-數據校準和校正

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像散校正光纖光譜儀(yi) -數據校準和校正

光譜儀(yi) 校準通常被理解為(wei) “波長校準”。這確實是絕對必要的，每個(ge) 光譜儀(yi) 都必須具備它。但還有很多工作要做：暗信號校正、非線性校正、固定模式噪聲 (FPN) 校正和各種數據處理選項，例如 Boxcar 平均。

這對於(yu) 有源 cmos 探測器陣列（如 Hamamatsu S11639）尤其重要，其中每個(ge) 像素都充當獨立探測器。批量生產(chan) 的光譜儀(yi) 通常隻進行z低限度的校正——足以滿足基本用途。

每個(ge) 像素的信號轉換路徑。有源 CMOS 探測器由獨立的固定矽探測器（像素）組成，每個(ge) 探測器都有自己的電容器（電荷到電壓轉換）和源極跟隨器。釘紮矽探測器本身具有高度線性並具有相同的暗噪聲。然而，獨立電容器和源的存在引入了暗噪聲、非線性的差異並導致固定模式噪聲。理想情況下，所有這些都可以逐個(ge) 像素地進行校正。

信號校正圖。從(cong) 探測器獲取的信號需要暗信號校正、非線性校正以及可選的固定模式噪聲校正。

暗信號校正。暗信號取決(jue) 於(yu) 積分時間和溫度。 ccd 探測器通常具有“暗”像素，用作暗信號的參考。隻需從(cong) 活動像素的測量信號中減去暗像素的信號即可。這在 CCD 探測器中效果很好，因為(wei) 所有像素中的暗電流基本上都是相同的。 CMOS 探測器也存在類似的選項（例如 Hamamatsu S11639-11）。然而，在 CMOS 探測器中，這種策略的效果要差得多，因為(wei) 每個(ge) 像素具有不同的暗信號，並且溫度/積分時間依賴性也不同。備用選項是在信號測量之前進行“暗”頻譜測量。對於(yu) 快速和精確的光譜測量來說，這兩(liang) 種方法都是不可接受的。

ARIEL 光譜儀(yi) 具有針對不同溫度和積分時間校準的暗電流。回歸係數存儲(chu) 在光譜儀(yi) 中，並根據檢測器溫度和所使用的積分時間進行加載。這樣可以快速準確地校正固件中的暗信號。

暗信號對積分時間的依賴性是非線性的。在積分時間 < 10ms 時，暗信號變化非常小，在積分時間 > 100ms 時，它實際上是線性的。還發生這樣的情況：在較短的積分時間下，暗信號幾乎不隨溫度變化，而在較長的積分時間下，暗信號呈指數增加。這兩(liang) 種情況都單獨校準，以減少校準數據量。根據測量條件在固件中自動完成校正。

非線性校正。在 CMOS 探測器中，非線性在小信號（< 範圍的 50%）時非常低，而在範圍頂 部附近則非常高。 S11639 探測器的典型非線性在低信號時小於(yu)  0.5%，在接近飽和極限時高達20%。此外，每個(ge) 像素的非線性都略有不同。在一些批量生產(chan) 的光譜儀(yi) 中，高信號放大用於(yu) 補償(chang) 像散光損失——這進一步增加了非線 性。

ARIEL 光譜儀(yi) 的殘餘(yu) 非線性度 < 0.4%（99.6%線性度），具有全局非線性校正。每像素非線性校正可提供約 99.8% 的線性度。

固定模式噪聲 (FPN)。 CMOS 探測器中的 FPN始終存在，因為(wei) 每個(ge) 像素都是一個(ge) 獨立的探測器，擁有自己的電子器件（電荷轉電壓和源極跟隨器）。在 Hamamatsu S11639 檢測器中，大多數像素的 FPN 通常約為(wei)  2%，某些像素高達 10%（檢測器規格一如既往地相當寬鬆，允許高達 +-10% 的不均勻性）。由於(yu) 基線校準，該 FPN 噪聲在實際反射率或透射率測量中得到部分校正。但頻譜可能並不完全平滑。大多數情況下是可以接受的。然而，在某些情況下，需要更高質量的頻譜。 ARIEL 光譜儀(yi) 具有可選的 FPN 校準來改善光譜。

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