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【摘要】在珠宝鉴定领域，光纤光谱凭借体积小、成本低、速度快等技术优点，得以广泛地应用。本文将在分析光纤光谱仪结构特点的基础上，研讨光纤光谱仪在珠宝鉴定中的应用原理，并借助红蓝宝石、黄紫晶、翡翠、云母等珠宝的鉴定实例，明确光线光谱仪在珠宝鉴定中的应用方法，以此折射出光纤光谱仪的应用发展前景。
【关键词】珠宝鉴定；光纤光谱仪；应用发展
一、光纤光谱仪的结构特点分析
在传统光谱仪的基础上，对光学系統结构进行了推陈出新，耗费约原来造价的1/10，所设计微小型的光纤光谱仪不仅体积小和重量轻，而且具有更快的测量速度，所获得的全谱数据也更加全面。这种类型的光纤光谱仪结构特点如下：
（一）光学平台
光纤光谱仪借助摄谱结构的光学平台，该平台的标准SMA905接口，为光信号提供光纤传导的信号，并在准直、分光、波长排列、聚焦等之后，通过阵列式的探测器进行检测，其中分光结构光学系统内部由CCD阵列检测器、光纤束、光栅、光纤接头、入射狭缝、准直镜、聚焦镜几个部分构成，可安装在手掌大小的测量平台上，即可凭借反射式的光学元件完成检测任务，不仅适用于高震动或者狭窄的工况环境，而且不会受到检测材料的影响。
（二）结构特点
光纤光谱仪所引入的光纤、检测器、光栅和半导体等，功能损耗率低，并且不会产生噪音污染，该效用归功于其优良的内部结构特点：首先是引入光纤技术之后，不需要通过样品池即可将样品光谱引入仪器内，因此任何形状和位置的样品，在检测时都不会受到外界干扰，譬如电磁干扰、潮湿腐蚀等；其次是检测器为CCD阵列模式，在进行光谱扫描时候，光栅不需要移动就能够快速采集，所耗费的测量时间最多为15ms；仪器的分光器件为全息光栅，这种类型的分光器件能够有效规避杂散光的影响，对于测量精度的提高具有极大帮助。
（三）光纤探头采样方式
光纤光谱仪采用在线监测的方式，主要借助光纤传导技术，其探头可以在高温和腐蚀环境下采样。譬如反射式的光纤探头，由采样探头、光纤束、接头源、接头谱仪组成，可以将光源发出的光耦合通过接头传导至探头末端，并通过被测表面反射到光谱仪中进行检测。
二、光纤光谱仪在珠宝鉴定中的应用
基于光纤光谱仪结构特点，在珠宝鉴定中应用时，需要明确光纤光谱仪在可见吸收光谱测量、厚度测量、颜色测量等方面的应用原理，并以红蓝宝石、黄紫晶、翡翠、云母等珠宝鉴定为例探讨应用的具体方法。
（一）应用原理
光纤光谱仪的应用，其应用原理可归纳为可见吸收光谱测量、厚度测量、颜色测量几个方面。
（1）可见吸收光谱测量。光纤光谱仪根据比尔—琅勃定律，定量吸收可见光，譬如CCD阵列探测器的紫外光谱技术，能够用于检测珠宝的摩尔吸收系数，避免分离检测的繁琐流程，能够在线快速检测出可见吸收光谱。
（2）厚度测量。根据干涉测量原理的内容，光纤光谱仪可以1.5mm的分辨率，测量珠宝25，因此在珠宝高精度加工的生产线上，可作为质量监测的一种方式。
（3）颜色测量。珠宝的生色基团，在360-760nm的光范围内，通过光纤光谱仪测量，可以利用颜色空间的Lad值表示，同时借助透射探头、反射探头等，能够控制不同珠宝在生产过程中的颜色质量。
（二）应用实例
在明确光纤光谱仪在珠宝鉴定中应用原理的基础上，在此以合成红蓝宝石、黄紫晶、翡翠、云母四种珠宝的鉴定为例，研讨光纤光谱仪的具体应用方法。
（1）合成红蓝宝石鉴定。红宝石的透光率光谱以透光率和波长作为纵横指标，利用光纤光谱仪，测量红宝石的可见光透过率，测量结果为：波长410nm的透光率为31%；波长475nm的透光率为10%；波长694.3nm的透光率为169%；波长707nm的透光率为80%；波长714nm的透光率为85%。以上透光率说明合成红宝石的吸收光谱特性，取决于Cr3+离子的吸收带，在级间跃迁时分别吸收2.14eV和3.01eV的能量，其相对应的吸收峰为410nm和541.155nm波长，而波长694.3nm和693.4nm的可见光光谱特征校准后，基本与理论描述值相同。至于合成蓝宝石的鉴定，除了Fe3+所引起的吸收带具有差异性，其吸收谱线与合成红宝石基本相同，因此光纤光谱仪对合成蓝宝石的鉴定方式可以套用，但需要对鉴定过程中的差异点进行适当调整。
（2）黄紫晶鉴定。黄晶可见光吸收谱线处于波动状态，但总体呈下降态势，最后趋向于平稳，在波长443nm时，吸收度为0.8au，在波长550nm时，吸收度为1.0au，在波长646nm时，吸收度为0.8au，随后波长增加，吸收度不再升高，而且逐渐平稳，根据分析结果，可以确定以波长550nm为中心的吸收带，在受到电磁波的辐照后，Fe3+离子的成对电子被激发，从而产生[FeO4]4，即空穴色心，当空穴色心在吸收可见光之后，就会产生颜色。而黄晶紫外可见吸收度光谱显示，波长482nm的吸收度为0.8au，波长646nm的吸收度为0.5au，说明黄晶吸光度光谱的特征吸收峰不明显，相比于透明度具有较大差异性的紫晶，后者在可见光区的透光率比较低，仅在波长550nm的位置有吸收峰，在红区位置的吸收度直线下降，由此可以判断黄晶和紫晶的颜色，与晶体中的Fe2+有关。
（3）翡翠鉴定。翡翠是硬玉和其他小矿物的合成物，其绿色源自于硬玉和矿物中的Cr、Ti、Fe等元素。我们利用光纤光谱仪对翡翠的透光率进行测量，可得出结果：波长399nm的透过率为12%；波长437nm的透过率为9.3%；波长508nm的透过率为13.5%；波长630nm的透过率为10%；波长738nm的透过率为11%；波长860nm的透过率为10%。根据翡翠透过率的光谱测量结果，可看出波长630nm、660nm、690nm时，翡翠对铬吸收，而且铬线越清晰，翡翠的绿色就会约浓艳。 （4）云母鉴别。云母属于铝硅酸盐矿物，利用光纤光谱仪对其透光率进行测量，可得出结果：波长656nm的透光率为1.3%；波长687nm的透光率为1.0%；波长761nm的透光率为0.25%。以上三个位置的波长，云母的透过率光谱均有特征峰，可以用于对云母的鉴定。
（三）应用发展
珠宝鉴定对波普技术的应用，不仅能够区分宝石的特征，而且能够在摆脱宝石物质形态限制的情况下，采用无损的方式鉴定出珠宝内部的结构和成分，是当前珠宝鉴定的重要技术手段。而关于光纤光谱仪在珠宝鉴定中的应用发展，可总结为以下几点：
（1）光纤光谱仪对珠宝不同波长的光，具有选择性吸收的功能，譬如紫外可见吸收光谱，这是光纤光谱仪鉴定的基础依据。随着珠宝鉴定要求的提高，光纤光谱仪还需要利用分光镜等获取珠宝的可见吸收光谱，但由于设备体积比较大，因此越来越多微小型的光纤光谱仪应运而生，为珠宝鉴定工作注入了新的技术力量，并且鉴定仪器的波长分辨率、峰高量化、波长数值精确测量等，均有较大的改善空间。
（2）对于光纤光谱仪的研究，笔者认为还应该进一步改善波长的覆盖范围、波长分辨率等，赋予光纤光谱仪新的化学分析功能，譬如通过元件性能的改良，以合理的成本改善中階梯光栅，并与棱镜结合和交叉色散，就能够获得分辨率比较高的二维光谱图，并且可以根据光谱仪本身的结构特征和鉴定环境，因地制宜地进行设计。
（3）以众多微小型的加工技术为基础，光纤光谱仪成为各种特殊条件下的鉴定仪器，在珠宝鉴定中，对鉴定的要求更高，因此智能化和微型化的鉴定技术逐渐成为光纤光谱仪的重点技术，微型传感就是核心技术之一，目前各种新原理的概念型传感器，是目前光纤光谱仪智能化发展的一个机遇。
三、结束语
综上所述，在传统光谱仪的基础上，对光学系统结构进行了推陈出新，耗费约原来造价的1/10，所设计微小型的光纤光谱仪不仅体积小和重量轻，而且具有更快的测量速度，所获得的全谱数据也更加全面，而在珠宝鉴定中应用时，需要明确光纤光谱仪在可见吸收光谱测量、厚度测量、颜色测量等方面的应用原理，并针对不同的珠宝进行鉴定。文章通过研究，基本明确了光纤光谱仪在珠宝鉴定中的应用方法，并对其发展进行了总结性概况，存在的细节性问题，有待在实际工作中进一步归纳和完善。
参考文献
[1]谢炜，裘燕青.一种微型光纤光谱仪的研制及其性能测试[J].中国计量学院学报，2012（2）：115-119.
[2]武传龙，冯国瑛，韩旭，等.微型光纤光谱仪的波长定标分析[J].激光技术，2012（5）：682-685.
[3]W.GX.高分辨率微型光纤光谱仪[J].军民两用技术与产品，2010（12）：29.
【关键词】珠宝鉴定；光纤光谱仪；应用发展
一、光纤光谱仪的结构特点分析
在传统光谱仪的基础上，对光学系統结构进行了推陈出新，耗费约原来造价的1/10，所设计微小型的光纤光谱仪不仅体积小和重量轻，而且具有更快的测量速度，所获得的全谱数据也更加全面。这种类型的光纤光谱仪结构特点如下：
（一）光学平台
光纤光谱仪借助摄谱结构的光学平台，该平台的标准SMA905接口，为光信号提供光纤传导的信号，并在准直、分光、波长排列、聚焦等之后，通过阵列式的探测器进行检测，其中分光结构光学系统内部由CCD阵列检测器、光纤束、光栅、光纤接头、入射狭缝、准直镜、聚焦镜几个部分构成，可安装在手掌大小的测量平台上，即可凭借反射式的光学元件完成检测任务，不仅适用于高震动或者狭窄的工况环境，而且不会受到检测材料的影响。
（二）结构特点
光纤光谱仪所引入的光纤、检测器、光栅和半导体等，功能损耗率低，并且不会产生噪音污染，该效用归功于其优良的内部结构特点：首先是引入光纤技术之后，不需要通过样品池即可将样品光谱引入仪器内，因此任何形状和位置的样品，在检测时都不会受到外界干扰，譬如电磁干扰、潮湿腐蚀等；其次是检测器为CCD阵列模式，在进行光谱扫描时候，光栅不需要移动就能够快速采集，所耗费的测量时间最多为15ms；仪器的分光器件为全息光栅，这种类型的分光器件能够有效规避杂散光的影响，对于测量精度的提高具有极大帮助。
（三）光纤探头采样方式
光纤光谱仪采用在线监测的方式，主要借助光纤传导技术，其探头可以在高温和腐蚀环境下采样。譬如反射式的光纤探头，由采样探头、光纤束、接头源、接头谱仪组成，可以将光源发出的光耦合通过接头传导至探头末端，并通过被测表面反射到光谱仪中进行检测。
二、光纤光谱仪在珠宝鉴定中的应用
基于光纤光谱仪结构特点，在珠宝鉴定中应用时，需要明确光纤光谱仪在可见吸收光谱测量、厚度测量、颜色测量等方面的应用原理，并以红蓝宝石、黄紫晶、翡翠、云母等珠宝鉴定为例探讨应用的具体方法。
（一）应用原理
光纤光谱仪的应用，其应用原理可归纳为可见吸收光谱测量、厚度测量、颜色测量几个方面。
（1）可见吸收光谱测量。光纤光谱仪根据比尔—琅勃定律，定量吸收可见光，譬如CCD阵列探测器的紫外光谱技术，能够用于检测珠宝的摩尔吸收系数，避免分离检测的繁琐流程，能够在线快速检测出可见吸收光谱。
（2）厚度测量。根据干涉测量原理的内容，光纤光谱仪可以1.5mm的分辨率，测量珠宝25，因此在珠宝高精度加工的生产线上，可作为质量监测的一种方式。
（3）颜色测量。珠宝的生色基团，在360-760nm的光范围内，通过光纤光谱仪测量，可以利用颜色空间的Lad值表示，同时借助透射探头、反射探头等，能够控制不同珠宝在生产过程中的颜色质量。
（二）应用实例
在明确光纤光谱仪在珠宝鉴定中应用原理的基础上，在此以合成红蓝宝石、黄紫晶、翡翠、云母四种珠宝的鉴定为例，研讨光纤光谱仪的具体应用方法。
（1）合成红蓝宝石鉴定。红宝石的透光率光谱以透光率和波长作为纵横指标，利用光纤光谱仪，测量红宝石的可见光透过率，测量结果为：波长410nm的透光率为31%；波长475nm的透光率为10%；波长694.3nm的透光率为169%；波长707nm的透光率为80%；波长714nm的透光率为85%。以上透光率说明合成红宝石的吸收光谱特性，取决于Cr3+离子的吸收带，在级间跃迁时分别吸收2.14eV和3.01eV的能量，其相对应的吸收峰为410nm和541.155nm波长，而波长694.3nm和693.4nm的可见光光谱特征校准后，基本与理论描述值相同。至于合成蓝宝石的鉴定，除了Fe3+所引起的吸收带具有差异性，其吸收谱线与合成红宝石基本相同，因此光纤光谱仪对合成蓝宝石的鉴定方式可以套用，但需要对鉴定过程中的差异点进行适当调整。
（2）黄紫晶鉴定。黄晶可见光吸收谱线处于波动状态，但总体呈下降态势，最后趋向于平稳，在波长443nm时，吸收度为0.8au，在波长550nm时，吸收度为1.0au，在波长646nm时，吸收度为0.8au，随后波长增加，吸收度不再升高，而且逐渐平稳，根据分析结果，可以确定以波长550nm为中心的吸收带，在受到电磁波的辐照后，Fe3+离子的成对电子被激发，从而产生[FeO4]4，即空穴色心，当空穴色心在吸收可见光之后，就会产生颜色。而黄晶紫外可见吸收度光谱显示，波长482nm的吸收度为0.8au，波长646nm的吸收度为0.5au，说明黄晶吸光度光谱的特征吸收峰不明显，相比于透明度具有较大差异性的紫晶，后者在可见光区的透光率比较低，仅在波长550nm的位置有吸收峰，在红区位置的吸收度直线下降，由此可以判断黄晶和紫晶的颜色，与晶体中的Fe2+有关。
（3）翡翠鉴定。翡翠是硬玉和其他小矿物的合成物，其绿色源自于硬玉和矿物中的Cr、Ti、Fe等元素。我们利用光纤光谱仪对翡翠的透光率进行测量，可得出结果：波长399nm的透过率为12%；波长437nm的透过率为9.3%；波长508nm的透过率为13.5%；波长630nm的透过率为10%；波长738nm的透过率为11%；波长860nm的透过率为10%。根据翡翠透过率的光谱测量结果，可看出波长630nm、660nm、690nm时，翡翠对铬吸收，而且铬线越清晰，翡翠的绿色就会约浓艳。 （4）云母鉴别。云母属于铝硅酸盐矿物，利用光纤光谱仪对其透光率进行测量，可得出结果：波长656nm的透光率为1.3%；波长687nm的透光率为1.0%；波长761nm的透光率为0.25%。以上三个位置的波长，云母的透过率光谱均有特征峰，可以用于对云母的鉴定。
（三）应用发展
珠宝鉴定对波普技术的应用，不仅能够区分宝石的特征，而且能够在摆脱宝石物质形态限制的情况下，采用无损的方式鉴定出珠宝内部的结构和成分，是当前珠宝鉴定的重要技术手段。而关于光纤光谱仪在珠宝鉴定中的应用发展，可总结为以下几点：
（1）光纤光谱仪对珠宝不同波长的光，具有选择性吸收的功能，譬如紫外可见吸收光谱，这是光纤光谱仪鉴定的基础依据。随着珠宝鉴定要求的提高，光纤光谱仪还需要利用分光镜等获取珠宝的可见吸收光谱，但由于设备体积比较大，因此越来越多微小型的光纤光谱仪应运而生，为珠宝鉴定工作注入了新的技术力量，并且鉴定仪器的波长分辨率、峰高量化、波长数值精确测量等，均有较大的改善空间。
（2）对于光纤光谱仪的研究，笔者认为还应该进一步改善波长的覆盖范围、波长分辨率等，赋予光纤光谱仪新的化学分析功能，譬如通过元件性能的改良，以合理的成本改善中階梯光栅，并与棱镜结合和交叉色散，就能够获得分辨率比较高的二维光谱图，并且可以根据光谱仪本身的结构特征和鉴定环境，因地制宜地进行设计。
（3）以众多微小型的加工技术为基础，光纤光谱仪成为各种特殊条件下的鉴定仪器，在珠宝鉴定中，对鉴定的要求更高，因此智能化和微型化的鉴定技术逐渐成为光纤光谱仪的重点技术，微型传感就是核心技术之一，目前各种新原理的概念型传感器，是目前光纤光谱仪智能化发展的一个机遇。
三、结束语
综上所述，在传统光谱仪的基础上，对光学系统结构进行了推陈出新，耗费约原来造价的1/10，所设计微小型的光纤光谱仪不仅体积小和重量轻，而且具有更快的测量速度，所获得的全谱数据也更加全面，而在珠宝鉴定中应用时，需要明确光纤光谱仪在可见吸收光谱测量、厚度测量、颜色测量等方面的应用原理，并针对不同的珠宝进行鉴定。文章通过研究，基本明确了光纤光谱仪在珠宝鉴定中的应用方法，并对其发展进行了总结性概况，存在的细节性问题，有待在实际工作中进一步归纳和完善。
参考文献
[1]谢炜，裘燕青.一种微型光纤光谱仪的研制及其性能测试[J].中国计量学院学报，2012（2）：115-119.
[2]武传龙，冯国瑛，韩旭，等.微型光纤光谱仪的波长定标分析[J].激光技术，2012（5）：682-685.
[3]W.GX.高分辨率微型光纤光谱仪[J].军民两用技术与产品，2010（12）：29.