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AvaSpec-HERO 光纤光谱仪

图为 AvaSpec StarLine ULS 系列外观;同系列各型号机身结构相近,具体接口与窗口以实物与彩页为准。

01 光谱仪与探测器 · Avantes AvaSpec 系列

AvaSpec-HERO

100 mm 高灵敏 · NA 0.13 · 信噪比 1200:1 · 动态范围 40,000:1 · 一级 TE 制冷

1200:1 信噪比40,000:1 动态范围NA 0.13一级 TE 制冷

产品简介

AvaSpec SensLine 是为弱光测量准备的平台:荧光、拉曼、发光/电致发光这类信号,光子数本来就少,决定成败的是探测器量子效率与暗噪声,而不是采样速度。SensLine 用背照式 CCD(部分型号加柱透镜聚光)把量子效率拉高,三款带一级 TE 制冷把暗电流压下去,信噪比最高 1200:1、动态范围 40,000:1,紫外 200–400 nm 量子效率可达 60%,配电子快门积分时间低至 2 µs。 HERO 是 SensLine 的旗舰:100 mm 焦距、NA 0.13 的高灵敏光路,配 1024 × 58 一级 TE 制冷背照式 CCD,信噪比 1200:1、动态范围 40,000:1、分辨率 0.2–7 nm,一台机器同时给到灵敏度与色散。

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核心特点

1

背照式 CCD + 柱透镜

光从背面进入、不被电极遮挡,量子效率显著高于前照式;2048 × 64 面阵配柱透镜把光聚到 0.89 mm 高的像元上,灵敏度 650,000。

2

一级 TE 制冷

ULS2048x64TEC-EVO 与 HERO 带一级半导体制冷,暗电流随温度指数下降,积分时间可以拉到几十秒而不被热噪声淹没。

3

信噪比 1200:1(HERO)

100 mm 高灵敏光路、NA 0.13,配 1024 × 58 制冷 CCD,动态范围 40,000:1,是模块化光谱仪里的高端配置。

4

电子快门,积分 2 µs 起

ULS2048XL / HS2048XL 支持 2 µs 积分,可冻结快速过程;14 × 500 µm 大像元同时保证紫外 QE 60%。

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主要技术参数

指标名称参数值
产品定位SensLine 旗舰,灵敏度与色散兼顾
波长范围200 – 1160 nm,取决于光栅配置
探测器背照式 CCD:2048 × 64 面阵(像元高 0.89 mm)/ 2048 线阵 14 × 500 µm / 1024 × 58(TE 制冷)
制冷方式无制冷 / 一级 TE 制冷(ULS2048x64TEC-EVO 与 HERO)
AD 转换器16 bit,1.33 MHz / 1 MHz / 250 kHz(HERO)
通信接口USB 3.0 + 千兆以太网(EVO 平台)
工作温度5 – 55 ℃
光学平台100 mm 高灵敏对称 C-T,NA 0.13
探测器TE 制冷背照式 CCD 1024 × 58
制冷一级 TE
分辨率0.2 – 7 nm
杂散光0.5 %
灵敏度445,000
信噪比1200 : 1
动态范围40,000 : 1
AD 转换器16 bit,250 kHz
积分时间5.2 ms – 60 s
狭缝标配可更换狭缝

数据出处:原厂官网

订货说明

SensLine 为配置订货制:① 型号(ULS2048x64 / ULS2048x64TEC / HERO / ULS2048XL / HS2048XL);② 狭缝(10–500 µm);③ 光栅(决定 200–1160 nm 内的波段与分辨率);④ 是否加 OSF、DCL;⑤ 制冷型号需确认散热条件。制冷方式与探测器出厂固定。

选型要点

1HERO 贵在哪

100 mm 焦距、NA 0.13 的高灵敏光路,配 1024 × 58 一级 TE 制冷背照式 CCD,信噪比 1200:1、动态范围 40,000:1、分辨率 0.2–7 nm,是 SensLine 里的旗舰。

怎么选信噪比要求压过一切(单分子发光、极弱拉曼、长曝光磷光)→ HERO;常规荧光 → 2048x64TEC 就够

2NA 0.13 与 75 mm 平台的 NA 差多少光

收集立体角与 NA² 成正比。0.13² = 0.0169,而 75 mm 平台典型 NA 约 0.11(0.0121),两者相差约 40%。长焦同时带来更高色散,这两点是 HERO 的核心。

怎么选既要灵敏度又要分辨率 → HERO;只要灵敏度、不在乎分辨率 → 大像元线阵机型更便宜

340,000:1 动态范围解决什么问题

同一张谱里既有强激发线的散射、又有弱的拉曼峰时,动态范围不够就会顾此失彼:要么强峰饱和,要么弱峰淹没在噪声里。40,000:1 让两者同帧可读。

怎么选强激发下的弱信号(共振拉曼、掺杂发光)→ 高动态范围;纯弱光无强背景 → 看信噪比更直接

4制冷到多少度,要不要水冷

一级 TE 制冷,相对环境温差约 40 ℃ 量级,常温下探测器可到 −10 ℃ 附近,暗电流下降一个数量级以上。不需要水冷,风冷散热即可。

怎么选机柜内环境温度高时要保证通风;温度每降 6–7 ℃ 暗电流减半,散热条件直接影响长曝光表现

常见问题

AvaSpec-HERO 的信噪比和动态范围是多少?
信噪比 1200:1,动态范围 40,000:1,分辨率 0.2–7 nm,探测器为 1024 × 58 一级 TE 制冷背照式 CCD。
HERO 适合测什么?
极弱荧光、单分子级发光、长曝光磷光、低浓度拉曼。判据是「信号光子数是否接近探测器噪声」,接近就该上 HERO。
为什么不直接上 EMCCD 相机加光谱仪?
EMCCD 加光谱仪是另一条路线,灵敏度更高、成本也高一个量级,且需要像面匹配。HERO 是「一台机器解决」的方案,适合不想搭光路的用户。
制冷需要多久稳定?
开机后约几分钟达到设定温度,建议稳定 10 分钟后再采暗谱。温度波动 1 ℃ 量级时暗电流变化可忽略。

典型应用,文献可查

01 生物医学与临床诊断

内窥散射光谱在活体内识别胆管癌前病变

In vivo detection of bile duct pre-cancer with endoscopic light scattering spectroscopy

Nature Communications · 2023 · DOI 10.1038/s41467-022-35780-7

实验配置临床系统用 75 W 光纤耦合氙灯(Thorlabs SLS205)做白光光源,三台 AvaSpec-2048-USB2 分别在三个源-探距上收谱;光经自制的微型空间门控 LSS-DRS 光纤探头送达与收集,整机装在小车上推入内镜室;诊断参量取 600–800 nm(避开血红蛋白吸收)的单次背散射分量归一化后求均方根差。

为什么选择本型号?三个源-探距要同时采谱,等于一台设备要挂三台光谱仪并严格同步;2048 像素、USB 供电、体积小的模块化机型是唯一能塞进内镜推车的选择。临床场景还要求开机即用、无需制冷等待,这也是没有选 TE 制冷机型的原因。

适用型号:AvaSpec 系列(StarLine / SensLine / NIRLine / CompactLine,同一软件与光学平台)

02 半导体与薄膜测量

多层薄膜光学滤光片的反射光谱与膜厚控制

Multilayer Thin-Film Optical Filters for Reflectance-Based Malaria Diagnostics

Micromachines · 2021 · DOI 10.3390/mi12080890

实验配置台式分光光度计构型:200 W 石英钨卤灯(Oriel Newport 66881)经光纤反射探头照射样品,1 mm 光程比色皿,BaSO₄ 白板做反射参考;AvaSpec-ULS2048XL EVO(内置单色仪)采反射谱,用于判定多层膜系的膜厚与光谱位置是否符合设计。

为什么选择本型号?多层介质膜靠反射谱的峰位与旁瓣判断每层厚度误差,需要 200–1100 nm 连续覆盖与高动态范围;ULS2048XL 的 14 × 500 µm 大像元在弱反射(几个百分点)下仍有足够信噪比,不必靠加大光源功率硬撑。

适用型号:AvaSpec 系列(StarLine / SensLine / NIRLine / CompactLine,同一软件与光学平台)

03 在线过程与工业监测

叶绿素荧光用于在线、实时、无损的过程探测

Enabling chlorophyll photo-response for in-line real-time noninvasive direct probing of the manufacturing process

Scientific Reports · 2023 · DOI 10.1038/s41598-023-32479-7

实验配置405 nm LED(Innovation in Optics)由恒流激光二极管驱动(Wavelength Electronics WLD33ND)供电;激发与收集共用 Avantes FCR-7UVIR400-2-ME 七合一石英分叉探头,7 根 400 µm 光纤环形排布在外圈送光、中心 1 根收荧光;探头直接贴在被测物料表面做在线测量。

为什么选择本型号?在线检测的探头要同时送激发光和收荧光,七合一结构省掉二向色镜与准直光路,直接把探头压到样品上就能测;分叉探头的 7 根光纤环形排布保证照明均匀,这是离线光谱仪改成在线工位时最省事的一条路。

适用型号:AvaSpec 系列(StarLine / SensLine / NIRLine / CompactLine,同一软件与光学平台)

04 食品与农产品品质

可见/近红外多光谱维度降维的肉类品质无损检测

Non-Destructive Detection of Meat Quality Based on Multiple Spectral Dimension Reduction Methods

Foods · 2023 · DOI 10.3390/foods12020300

实验配置自建 VIS/NIR 系统:20 W 带反光杯卤钨灯做光源,便携式收光探头(中心收光光纤 + 外周照明光纤),AvaSpec-ULS2048CL-EVO-RS 采 400–1050 nm 波段;另配一台 950–1700 nm 光谱仪覆盖近红外段;采集软件自研(Visual Studio 2017 / C++)。

为什么选择本型号?肉品品质(大理石纹、pH、持水力)靠 400–1050 nm 的肌红蛋白与水分吸收带建模,需要窄狭缝下的稳定谱形与足够快的采集节拍;EVO-RS 版本的 RS 指增强灵敏度选项,正是为漫反射弱信号准备的。

适用型号:AvaSpec 系列(StarLine / SensLine / NIRLine / CompactLine,同一软件与光学平台)

05 环境监测与大气分析

车载天顶天空 DOAS 走航测量对流层 NO₂

Measurements of tropospheric NO2 in Romania using a zenith-sky mobile DOAS system

Sensors · 2013 · DOI 10.3390/s130303922

实验配置AvaSpec 2048 USB2(175 × 110 × 44 mm、716 g)装在车内做走航天顶天空观测;光谱范围 200–750 nm、分辨率 1.5 nm(FWHM)、75 mm 焦距、50 µm 入射狭缝、600 L/mm 光栅(300 nm 闪耀)、Sony 2048 像素 CCD;2011 年 7–8 月三次走航约 800 km,另在加拉茨附近做了一次晨昏静态观测。

为什么选择本型号?DOAS 反演靠的是「同一台仪器、同一套定标、连续几小时的稳定谱」,重量与体积决定能不能装车;716 g、USB 供电、75 mm 平台正好落在「性能够、能随身带」的区间。这也是 Avantes 把非制冷 2048×64 列为 DOAS 专用机型的原因。

适用型号:AvaSpec 系列(StarLine / SensLine / NIRLine / CompactLine,同一软件与光学平台)

06 制药与药物释放

环丙沙星制剂的体外释放、渗透与结构表征

In Vitro Drug Release, Permeability, and Structural Test of Ciprofloxacin-Loaded PEGylatated Liposomes

Pharmaceutics · 2021 · DOI 10.3390/pharmaceutics13040556

实验配置Side-Bi-Side 扩散池(Crown Glass),0.45 µm 纤维素酯膜经肉豆蔻酸异丙酯浸润;供给相 pH 6.8 PBS、接受相 pH 7.4 PBS,全程 37 ℃;AvaLight DH-S-BAL 光源接 AvaSpec-2048L 透射浸入探头,1 cm 光程,在 272 nm 实时读环丙沙星浓度,每个样品三平行。

为什么选择本型号?释放曲线要求几小时内连续读同一波长,探头直接浸在释放介质里,不需要取样稀释;272 nm 是环丙沙星的紫外吸收峰,用氘灯 + 2048 像素机型在 200–400 nm 段的信噪比足够读出 μg/mL 级浓度变化。

适用型号:AvaSpec 系列(StarLine / SensLine / NIRLine / CompactLine,同一软件与光学平台)

07 材料与发光材料表征

胶体量子点圆布拉格共振腔激光阵列的低阈值出射

Low-threshold surface-emitting colloidal quantum-dot circular Bragg laser array

Light: Science & Applications · 2025 · DOI 10.1038/s41377-024-01714-9

实验配置355 nm 二极管泵浦固体脉冲激光(CNI MPL-FN-355,脉宽 300 ps、重频 100 Hz)做泵浦,两级衰减片(Optogama LPA-M 355 nm)调泵浦通量;50×/0.45 NA 物镜(GU Optics M PLAN APO NIR,工作距 20.06 mm)收光;AvaSpec ULS4096CL-EVO 与另一台对比用光纤光谱仪分别接在系统上采谱。

为什么选择本型号?量子点激光要看的是窄线宽激射峰从自发辐射背景里长出来,4096 像素把 0.3 nm 级的峰形完整画出来;泵浦是 100 Hz 脉冲,靠外触发与激光同步采集,避免采到脉冲间隙的暗背景。

适用型号:AvaSpec 系列(StarLine / SensLine / NIRLine / CompactLine,同一软件与光学平台)

08 照明与显示

Mn⁴⁺ 掺杂氟化物红色荧光粉的发光猝灭与量子效率

Quenching of the red Mn4+ luminescence in Mn4+-doped fluoride LED phosphors

Light: Science & Applications · 2018 · DOI 10.1038/s41377-018-0013-1

实验配置PL 量子效率用自建标定系统:65 W 氙灯 + 激发单色仪 + Labsphere 积分球 + Avantes AvaSpec-2048 采谱;变温 PL 在 Linkam THMS600 冷热台(300–600 K)与牛津液氦恒温器(4 K)中完成;寿命用 0.55 m 单色仪 + 滨松 H74220-60 PMT + PicoQuant TimeHarp 260 的 MCS 模式。

为什么选择本型号?荧光粉的量子效率必须用积分球做绝对测量:把「激发掉的光」与「发出的光」在同一个球内积分,再相减。2048 像素覆盖 380–780 nm 的整个发射带,配合积分球的小开口,一台模块化光谱仪就能完成本来要两台仪器做的事。

适用型号:AvaSpec 系列(StarLine / SensLine / NIRLine / CompactLine,同一软件与光学平台)

09 光伏与太阳能电池

仿生相分离无序纳米结构做薄层光伏吸收体

Bioinspired phase-separated disordered nanostructures for thin photovoltaic absorbers

Science Advances · 2017 · DOI 10.1126/sciadv.1700232

实验配置定制 Zeiss Axio 显微镜做显微光谱:卤钨灯 Koehler 照明,10×/0.3 NA 物镜(EC Epiplan-Apochromat)做反射、0.25 NA 聚光镜做透射,光斑约 25 µm;AvaSpec-HS2048 经 200 µm 芯径光纤共聚焦收光;吸收由 A = 1 − R − T 从积分球数据导出。

为什么选择本型号?单个鳞片只有几十微米,要在同一位置上分别测反射与透射再算吸收,光纤耦合进显微镜是最直接的办法;HS 平台 NA 0.22 与 200 µm 光纤匹配,弱反射信号不至于被光纤损耗吃掉。

适用型号:AvaSpec 系列(StarLine / SensLine / NIRLine / CompactLine,同一软件与光学平台)

10 LIBS 元素分析

便携多模光谱仪 TriENA:LIBS + LED 诱导荧光 + 漫反射

TriENA: a Portable, Hybrid Multimode Spectrometer Combining Diffuse Reflectance, LED-Induced Fluorescence and LIBS

Analytical Chemistry · 2025 · DOI 10.1021/acs.analchem.5c05236

实验配置控制单元内三台光纤光谱仪:两台 AvaSpec-ULS4096CL-EVO 做 LIBS(75 mm AvaBench、4096 像素 CMOS、1200 L/mm 光栅、25 µm 狭缝、Δλ = 0.3 nm,分别覆盖 207–475 nm 与 439–680 nm);一台 AvaSpec-ULS2048CL-EVO 覆盖 175–1100 nm,供 LED-IF 与漫反射共用;三台与观察相机统一挂工业级 USB3 集线器,由笔记本电脑控制。

为什么选择本型号?LIBS 一次爆发要同时看 200–700 nm 的上百条原子/离子线,单台光谱仪覆盖不了,所以做成双通道分段;分段后每段仍要 0.3 nm 分辨率,1200 L/mm 光栅 + 25 µm 狭缝是必要配置,4096 像素保证线形不被欠采样。

适用型号:AvaSpec 系列(StarLine / SensLine / NIRLine / CompactLine,同一软件与光学平台)

Avantes AvaSpec SensLine 系列产品彩页

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  • 产品简介
  • 产品矩阵(4 个系列)
  • 典型应用领域(6 类)
  • 主要技术参数
  • 型号规格对比(5 款)

含非制冷 / 一级 TE 制冷 / HERO / XL 大像元五款的完整规格对照。

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