1 导言
现代光谱学试验遍及需求运用高性能计算机来搜集、剖析、存储并显现数据。一般，最需求的便是将光勘探器输出的原始模仿电压信号转换为数字信号的高速数字化仪。市场上依据PC的数字化仪为光谱学供给了低成本、结构紧凑简略、质量一流的完好解决方案。
2 概述
依据PC的数字化仪的根本优势在于其依据PCI总线的无与伦比的数据传输速度，数据能够从数字化仪的内存直接传输到PC-RAM，而不需求CPU的干涉。依据PC的数字化仪的数据传输速度能够抵达200 MByte/s。高数据传输速率使光谱体系能够在许多光谱运用中盯梢重复频率很高的信号，而不发生无效触发(即：触发信号抵达数字化仪了，可是仪器正在进行数据传输而投有呼应，形成该触发无效)。
数字化仪对光谱学最重要的两个奉献，一是它的高采样速率进步了丈量时刻的准确性，二是其高笔直分辨率进步了对高动态规模信号的活络度。高采样率和高分辨率是数字化仪的两个相敌对的特性。简而言之，高笔直分辨率丈量需求较长时刻来完成，然后下降了采样率。因而，规划光谱体系时需求依据运用要求在高分辨率和高采样率之间挑选最有用合作。
3 运用实例
3.1 激光雷达光谱学
3.1.1 激光雷达的运用规模
尽管激光雷达被广泛用于勘探森林掩盖率和丈量轿车行进速度，但首要运用在大气科学范畴，如图1所示，在大气脉冲激光雷达体系中，激光脉冲一般指向大气，然后被大气成分散射。极小的一部分散射光终究被光学接收器搜集起来进行剖析。不同的激光雷达体系能够运用于气象学、风速丈量、气候改变监测、臭氧监测、污染监测等。
3.1.2 激光雷达体系的品种
激光雷达体系可分为以下三种：简略的激光雷达体系(运用单频激光)，杂乱的激光雷达体系(包含两个频率的激光来辨别物种或丈量光学多普勒频移，以此取得散射体的速度，从而得知大气的风速)，脉冲激光雷达(运用高能量脉冲激光)。
其间脉冲激光雷达体系的首要特性如下：
典型脉冲继续时刻约为10 ns，波长约为500nm，激光重复频率为50 Hz~100 Hz。脉冲激光由转向镜发射到大气中。大气中的组分(某些分子、悬浮粒子、水蒸气或小液滴)将脉冲向各个方向散射。研讨一般约束在对流层，即大部分天气现象发生较频频的一层，笔直高度在15 km以下。一小部分被大气散射的激光被光搜集体系所搜集，然后导入光勘探器，其电压输出被发送到数字化仪。当入射激光束射向给定方向，激光脉冲触发数字化仪。光信号强度是时刻t的函数，阐明光在给定高度x的散射强度，x=ct/2。
光速c能够表明为300 m/μs，抵达对流层顶部来回最大间隔为30 km，最大激光脉冲飞翔时刻为30 km/300 m/μs=100 ms.典型情况下，激光雷达体系要求采样率约为100 MS/s，这样就能够得到约为1/2×(300 M/μs)/(100 MS/s)=1.5 m的空间分辨率。
假如大气中光的散射与高度是共同的，那么在地上勘探到的光强度会按高度的平方递减。这一快速下降导致勘探到的光信号强度随时刻添加而下降几个数量级。因而，高动态规模的激光雷达信号要求最高的数字化仪分辨率：100 MS/s时为14bits。
有时要用不同的勘探器掩盖激光雷达信号的不同强度规模。在新的双勘探器技能中，光电二极管勘探器供给高强度，低高度的前部信号，发生正比于光强度的瞬时电压输出。对后部高度高，强度低的信号部分，运用光电倍增管(PMT)。因为PMT电子增益高，在勘探单光子时，能够以为发生的是电脉冲。每个勘探器的输出被别离连接到数字化仪的两个通道上。每个数字化仪都配备有两个独立的模仿-数字转换器(ADC)，它们由相同的高速搜集信号时钟触发，供给双通道同步采样。这样，用户能够运用前期的接连勘探器和后期的PMT，将两个勘探器信号按时刻组合起来。
扫描激光束视点使激光雷达体系能够对大气成像，激光雷达信号常在某一个激光发射视点进行均匀以进步信噪比(S/N)。快速重复搜集能够供给最快的全体激光雷达扫描速度。要求的搜集时刻为100μs，采样率为100 MS/s，所搜集的波形巨细有lO 000点。依据PC、具有超快传输速率PCI的数字化仪能够以超越l 000 waveforms/s的速率搜集到lO 000点波形。所以，激光雷达体系的扫描速度只遭到100 Hz激光触发速率，而不是数字化仪传输速率的约束。
3.2 腔体衰荡光谱
激光腔体衰荡光谱(CRDS)是一项强壮的技能，是在近25年跟着高反射镜的呈现而呈现的。如图2所示，在典型的脉冲激光CRDS试验中，激光腔体中走漏光强度的指数衰减率取决于不知道气体样品衰减，从改变率就能够确认是哪种气体。
从可调谐激光器输出的高功率光脉冲穿过由两个高反射镜(大于99.9％)组成的腔体后，沿光轴在别的一侧出射。光脉冲在两头的镜子之间来回反射，强度随每次反射及衰减指数下降。从腔体走漏出来的光被一端的光勘探器检测。丈量腔体的衰减时刻常数改变，如：扫描激光频率，能进行活络的分子吸收光谱丈量及痕量气体勘探。因为它只丈量走漏的衰减时刻，脉冲CRDS对激光强度改变在本质上是不灵敏的。
时刻常数的相对误差约等于衰减S/N。因为衰减时刻一般为几毫秒，100 MS/s的采样率就足够了。在此采样率下，能够抵达14 bits分辨率，超越60 dB的S/N，使丈量的时刻常数准确在O.1％以上。快速重复信号搜集能够对重复信号进行均匀，并进一步进步时刻常数丈量的准确性。在激光雷达中，依据PC的高速数字化仪能够进行快速数据传输，数据搜集仅受激光重复频率的约束，约为100 Hz～200 Hz．
3.3 激光超声
传统上，超声检测(非触摸技能能够在样品中只用激光发生和检测超声)要求将超声传感器与待测物体相连接；或至少经过介质(如：水)进行传导(见图3)。
大约继续10 ns的高能紫外激光脉冲以待测物的一侧为方针。忽然的热膨胀发生一个超声脉冲，它在待测物中穿过，撞击到另一侧，发生外表动摇。第二个红外激光束从这个动摇外表反射出去抵达干涉仪，在干涉仪中与一个参阅光束相结合。干涉仪的电压输出信号供给了一个从该外表来的超声位移信号。
扫描激光超声体系用于对结构巨大的物体，如飞机机身进行非触摸检测。因为其超声频率激起带宽为100 MHz或更大，激光超声也是资料*估的一个有力办法。跟着超声频率添加，衰减也添加，波长低于微型结构晶粒巨细。100 MHz频率的超声波长有几十微米，能够用于金属中的晶粒尺度。因而，研讨频率与超声衰减的依存关系，激光超声光谱能够盯梢不同处理过程中微型结构的演化。
要抵达100 MHz或更高的超声频率，激光超声体系一般要求采样率很高的数字化仪(1 GS/s或更高)。一起要求高分辨率，高采样率一般将数字化仪约束在8 bits。快速重复信号搜集要求信号均匀，快速扫描，或跟上快速资料加工速度。正如在其它光谱运用中，依据PC的高性能数字化仪供给了高重复率，其约束要素仅为激光脉冲重复频率。
