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AvaSpec-ULS2048x64-EVO 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-ULS2048x64-EVO

非制冷 · 200–1160 nm · 灵敏度 650,000 · 2048×64 背照式 · DOAS 专用

650,000 灵敏度2048×64 面阵DOAS 专用2.44 ms/scan

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。 ULS2048x64-EVO 是非制冷的入门款:背照式 2048 × 64 面阵、像元高 0.89 mm,灵敏度 650,000、信噪比 450:1,紫外响应好、体积与成本友好,是 DOAS 与长光程吸收的常见选择。

原文出处:原厂官网

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
产品定位非制冷,DOAS 与常规吸收测量
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ULS 75 mm 对称 C-T
探测器背照式 CCD 2048 × 64(像元高 0.89 mm)
制冷无
分辨率0.09 – 20 nm
杂散光< 1 %
灵敏度650,000
信噪比450 : 1
读出 / 暗噪声7.5 cnt RMS
积分时间2.4 ms – 25 s
采样速率2.44 ms/scan

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

12048 × 64 面阵为什么适合 DOAS

DOAS 测的是痕量气体在宽波段上的窄吸收结构(差分吸收),需要高波长稳定性与低杂散光,对绝对灵敏度要求不算极致。2048 × 64 的 0.89 mm 高像元把光横向摊开,避免局部饱和,非制冷也够用,成本与体积都更友好。

怎么选DOAS、大气痕量气体、长光程吸收 → 这台;要测皮摩尔级荧光 → 上 TEC 或 HERO

2非制冷会不会漂

会。暗电流随温度每升 6–7 ℃ 翻一倍,非制冷机型在空调房里长时间测量需要定期采暗谱。AvaSoft 支持自动暗谱与参考谱校正。

怎么选单次测量几分钟内 → 非制冷可接受;连续数小时监测 → 选 TEC 机型,省掉反复校零

32.44 ms/scan 在弱光下没有意义

对。弱光测量靠长积分而不是快速采样。2.44 ms 是读出速度,实际积分时间可设到 25 s,此时帧率由积分时间决定(约 0.04 帧/秒)。

怎么选弱光场景看积分时间上限与暗电流,不要被 ms/scan 的数字误导

4要不要加柱透镜

2048 × 64 的像元高度 0.89 mm,而光谱仪像面上的谱线高度通常只有几十到几百微米,不加柱透镜会有大量光落在像元之外。

怎么选面阵探测器必配柱透镜(DCL);线阵机型不需要

常见问题

AvaSpec-ULS2048x64-EVO 的信噪比是多少?
450:1,灵敏度 650,000,读出噪声 7.5 cnt RMS,积分 2.4 ms – 25 s,采样 2.44 ms/scan。
DOAS 为什么常用这款?
2048 × 64 背照式面阵、像元高 0.89 mm、紫外响应好,非制冷即可满足痕量气体差分吸收的稳定性要求,成本与体积适合做成走航或站点式设备。
和 StarLine 的 ULS2048 有什么不同?
同样 75 mm 平台,但探测器换成背照式 2048 × 64 面阵,灵敏度从 375,000 提升到 650,000,代价是采样从 0.38 ms 降到 2.44 ms。
能不能测 200 nm 以下的深紫外?
标准配置到 200 nm。要更低需要换深紫外光栅、加 purge 接口通氮气,否则空气中的氧吸收会把 190 nm 以下吃光。

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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