| 众所周知，光谱仪从广义上来说，可看做是一个点对点成像的工具，成像光谱仪则可以看做是线对线成像的工具（线由无线多个点排列而成），因此像差对于光谱仪具有重要的影响，实际设计中，除了要考虑所采用光学元件（透镜、反射镜、光栅等）本身的性能，在光学光路设计上，还必须考虑到像差的修正等问题。推扫型成像光谱仪根据采用的光栅不同，主要分为透射光栅型（如PGP结构，图1）和反射光栅型（如C-T结构、offner结构，图2）两种。
综合考虑到光学结构和采用的核心元件（光栅），导致这两种设计上的差异主要体现在如下几个方面： 1、成像质量——慧差消除。从光学设计角度来说，透射光栅型采用的轴成像设计，反射光栅型采用的离轴成像技术，在轴成像能够获得更好的成像质量，而离轴成像无法消除慧差的影响，图3中所示，红色为离轴成像光路，蓝色为在轴成像光路，很显然，离轴成像的点无法很好的汇聚在一点（红色），而是在空间上形成了一个明显的拖尾（像彗星的尾巴，故称为慧差），而在轴成像则很容像点汇聚在一点（蓝色），形成完美的点对点成像，故对比慧差消除这个方面，采用在轴成像设计的透射光栅型优于采用反射光栅型；
2、成像质量——色差修正。由于晶体材料对于不同波长的光的折射率不同，故采用透射光学成像系统时，会产生色差的影响；但由于在有限的波长范围内，通常折射率的变化非常小，再加上数十年来在复合透镜成像系统研究上的突破，使得当今对于色差的修正达到了非常高的水平——这一点我们只需要联想到各大成像镜头和显微镜生产厂家，如施耐德、尼康、莱卡、奥林巴斯等，就很清楚，对于有限使用的光谱范围内，色差可以得到完全的修正. 3、成像质量——像散和畸变。轴外物点发出的光束通过光学系统后，将在两个不同位置形成两条防卫互相垂直的短交线，这种现象称为像散（图5）。根据定义我们很容易判断，采用离轴成像的反射型光路，一定无法避免这个问题，而采用在轴成像的透射型光路，则可以有效避免该问题。置于畸变，通常分为枕型畸变和梯形畸变，这是两种光学成像系统都无法完全避免，智能通过优良的光学设计进行合理的优化，降低畸变。
4、光栅衍射效率。由于光栅是光谱仪中的核心分光元件，故光栅的衍射效率对于系统的光学传输效率至关重要。下图6为透射效率曲线，图7反射光栅效率曲线。通过对比即可发现，透射光栅效率曲线非常平滑，没有明显的凹陷和尖锐的突起。我们知道实际测量的样品的吸收光谱，如果光栅的特性中本来就有凹陷，则可能对于测量带来较大的误差，因为难以确定光谱曲线中的凹陷到底是光栅引起还是样品的特性引起。其次从效率值来看，同样是可见光范围，透射光栅的效率在70%以上，而反射光栅效率曲线则有较大起伏，甚至低于40%；即使考虑到光栅的个体差异，反射光栅仍保持大体的趋势，因此，从衍射效率及曲线平滑性来说，无疑是透射光栅更佳。
5、光栅的偏振影响。在实际的光谱测试中，特别是对于有机物的定型测试，偏振光通常对于测量有较大的影响，因此除了要关注光栅的平均效率曲线，还需要了解S和P偏振条件下的效率曲线。 6、光谱仪中的传输效率。 |
