在做TRIOPTICS SpectroMaster 折射率测量仪的谱线配置时，有两个波长很容易让人产生疑问：

587.6 nm 用 He（氦）灯，589.3 nm 用 Na（钠）灯。

两者只差约 1.7 nm。如果设备里使用的是 588 nm 附近的滤光片，它到底是怎么把两个波长分开的？可能还会有一个疑惑，氦灯是不是和普通灯一样，先发出连续光，再由滤光片选出 587.6 nm？

真正的工作方式和这个想象并不一样。

图1｜SpectroMaster 选配谱线表

一、He 灯不是连续光，而是一组离散的原子谱线

He 谱线灯属于低压气体放电光源。

放电把氦原子中的电子激发到较高能级，当电子向较低能级跃迁时，会释放特定能量的光子。由于原子的能级是离散的，因此它产生的不是一整片连续光谱，而是一根根位于特定波长的发射谱线。

所以，He 灯并不是“587.6 nm 单波长灯”。

除了 587.6 nm 附近，氦还有 447.1、501.6、667.8、706.5 nm 等典型谱线。SpectroMaster 的配置表本身也能说明这一点：同样的 He 光源既用于 587.6 nm 的 d 线，也用于 706.5 nm 的 r 线。

图2｜已有研究实测的氦发射光谱，可见 587.6 nm 等离散谱线

原子发射的光到底有多“纯”？

用于光谱仪校准的低压参考谱线非常窄。ASTM E958 中列出的 587.56 nm He 参考线，其线宽小于 0.02 nm。

但如果把分辨率继续提高，NIST 数据又能看到 587.6 nm 附近的精细结构，例如 587.56148、587.56404 和 587.59663 nm。

因此更严谨的说法是：

587.6 nm 附近是一组非常窄、位置高度稳定的氦原子发射结构，而不是数学意义上宽度为零的一根线。

即便如此，它和普通 LED 十几到几十纳米的光谱宽度，仍然不是一个数量级。

二、既然 He 本来就有 587.6 nm，为什么还要滤光片？

因为一只 He 灯会同时产生很多条离散谱线。

如果直接把所有光送入测量系统，那么 447、501、587、667、706 nm 等谱线都可能进入后续光路。因此 SpectroMaster 还需要干涉滤光片，对当前需要的谱线进行选择。

干涉滤光片通常由多层高、低折射率介质膜组成。通过膜层材料和厚度设计，让目标波段具有较高透过率，而通带之外的光被明显抑制。

图3｜Thorlabs 官方带通滤光片透过率曲线

所以滤光片并不是把其他光“变成”588 nm，而是在做：

目标波段通过，其他波段尽量挡掉。

看一块带通滤光片，至少要看三个参数：

CWL（中心波长）：透过波段位于哪里。

FWHM（半高全宽）：主要通带有多宽。

Blocking / OD（带外截止能力）：通带以外的光能被压低到什么程度。

干涉滤光片的 FWHM 并没有一个统一数值。公开商用产品既有 1 nm、数纳米、10 nm，也有 25 nm、40 nm 等规格。再做得更宽也可以，只是用途会逐渐从“挑一根谱线”变成“选一个波段”。

现在再看 587.6 nm 和 589.3 nm：两者只差大约 1.7 nm。如果某一片滤光片的通带能够同时覆盖它们，就完全可能出现：

He 灯 + 同一滤光片 → 587.6 nm He d 线

Na 灯 + 同一滤光片 → 589.3 nm Na D 线

真正决定这一次测的是哪条标准谱线，是切换了不同的谱线灯；滤光片主要负责把这一区域以外的其他谱线挡掉。

三、Hg100 也是原子发射光源吗？

是，而且它更能说明“一只灯可以有多条谱线”。

SpectroMaster 中的 Hg100 是汞光谱灯。汞原子受到放电激发后，同样会产生一组离散的特征谱线。

图4｜SpectroMaster 光谱灯室

全欧的配置表中，同一个 Hg100 被用于 365.0、404.6、435.8、546.1、1013.9 nm 等多个波长。

它并不是在工作时把灯“调到 404.6 nm”，再“调到 546.1 nm”，而是这些谱线原本就存在于汞原子的发射光谱里，再由系统选择需要的那一条。

图5｜OSRAM Hg100 实物（现成产品图）

四、再看全欧自准直仪：525 nm LED 的“525 nm”是另一回事

在全欧电子自准直仪中，我们经常看到 525 nm 高功率 LED 这样的光源配置。

但这里的 525 nm 和 He 灯的 587.6 nm，物理含义并不相同。

LED 属于半导体电致发光。电子和空穴复合后释放光子，由于半导体能带、载流子能量分布以及温度等因素，输出通常是一个具有明显宽度的光谱峰。

图6｜Thorlabs 官方 525 nm LED 光谱曲线

公开的 525 nm LED 产品中，光谱半高宽可以达到十几到几十纳米。例如 Thorlabs LED525E 的典型峰值波长为 525 nm，Spectral Half Width（光谱半高宽）为 16 nm；其他高功率 525 nm LED 还可能更宽。

所以，“525 nm LED”更接近：

发光能量主要集中在 525 nm 附近。

而不是：

只发 525.000 nm。

 

图7｜TRIOPTICS TriAngle 电子自准直仪官方产品图

实际设备里还会再配滤光片

在我们实际接触的全欧自准直仪中，525 nm LED 光路里还会放置与其匹配的滤光片。

这意味着最终进入相机或测量光路的有效光谱，不仅取决于 LED 本身，还取决于滤光片的透过范围。

如果滤光片的通带比 LED 本身的发射光谱更窄，它可以进一步限制有效波段；同时还可以压低带外环境光和杂散光。

五、常见光源的“波长”，到底是怎么产生的？

光源	主要发光机制	典型光谱特点
白炽灯、卤素灯、黑体源	热辐射	连续、很宽
He、Hg、Na、Cd 谱线灯	气体放电后的原子发射	多根离散窄谱线
LED	半导体电子-空穴复合，以自发辐射为主	十几到几十 nm 的宽峰
He-Ne 激光	受激辐射 + 光学谐振腔	很窄
半导体激光器	半导体增益 + 受激辐射 + 谐振腔	通常远窄于 LED
QCL 量子级联激光器	量子阱子带间跃迁 + 受激辐射	中红外窄线宽激光

我们平时说的“激光”，核心机制是受激辐射，再结合光学谐振腔进行模式选择，因此它的光谱通常会比 LED 窄得多。

但激光也不是天然等于“绝对单一频率”。单纵模、多纵模、线宽、温漂等仍然会影响最终输出。

SpectroMaster 的波长配置其实正好把几类光源放在了一台设备里：可见光区域大量使用 Hg、Cd、He、Na 等谱线灯，632.8 nm 使用 He-Ne 激光，中长波红外又可以使用 QCL。

六、同样写着“nm”，不能只看那个数字

587.6 nm He、525 nm LED、632.8 nm He-Ne，看起来都只是一个波长参数。

但三个数字背后的含义完全不同：

• • 587.6 nm He：来自原子能级跃迁的一组极窄标准谱线；
• • 525 nm LED：宽光谱峰的标称中心区域；
• • 632.8 nm He-Ne：由受激辐射和激光谐振模式形成的窄谱输出。

所以以后看到一个光源写着“525 nm”“588 nm”或者“633 nm”，除了波长数字本身，至少还应该继续问两个问题：

这个波长是怎么产生的？

它实际有多宽？