仪探究竟 | 罗兰圆准直（ORCA）光学系统：超越中阶梯技术的性能优势与核心特点

中阶梯（Echelle）系统：采用“折叠光路”设计。为了在有限的空间内实现高色散，光线在系统内经过多次反射（通常涉及4到8个甚至更多的反射镜面）。它利用二维探测器，将光谱“切碎”成阶梯状的光谱级次进行分析。

罗兰圆准直（ORCA）系统：采用“直射光路”设计。它利用现代线性检测器（CMOS）的优势，配合优化的凹面光栅，构建了直接、高光通量的光路。它不需要将光谱切碎，而是在线性阵列上直接采集。

优势一：极高的光通量与极低的光损失

中阶梯的痛点： 由于光路折叠，光线必须多次经过反射表面。光线在每个光学表面理论上可能损失高达15%的信号，特别是在真空紫外（VUV）区域损失更严重。这种光损失直接降低了仪器的灵敏度。

罗兰圆准直（ORCA）系统的突破： ORCA系统光路简单。以SPECTRO ARCOS为例，在关键的紫外（UV）范围内，从入射狭缝到检测器之间仅有两个反射光学表面（除了光栅本身）。这种设计最大限度地减少了光损失，确保了极高的光通量，从而实现了卓越的灵敏度（在某些波长下灵敏度可高出5倍）。

  

图1光学系统示意图（中阶梯光栅系统VS罗兰圆准直系统）

优势二：全波长范围内的一致高分辨率

中阶梯的痛点： 分辨率不均匀。中阶梯系统通常只有一个“最佳点”，最佳工作范围在190-240nm之间。一旦偏离这个中心点，向波长边缘移动（特别是低于190nm或高于300nm），分辨率会显著下降，谱线变宽，难以区分紧密相邻的元素谱线。

图2中阶梯光栅系统分辨率

罗兰圆准直（ORCA）系统的突破： 恒定分辨率。ORCA系统避免了中阶梯的光学像差问题。它在整个光谱范围内（从深紫外130nm到可见光770nm）都能提供一致的高分辨率。

图3罗兰圆准直（ORCA）系统的分辨率

优势三：彻底消除光谱级次重叠

中阶梯的痛点： 光谱重叠干扰。中阶梯系统依赖高阶衍射，必须使用第二色散元件（棱镜或光栅）来分离重叠的光谱级次。即便如此，相邻级次的边缘有时分离不彻底，导致光谱干扰（例如硼的谱线与铁的谱线重叠），严重影响分析准确性。

罗兰圆准直（ORCA）系统的突破： 一级光谱工作。ORCA系统仅利用一级光谱（First-order light）进行工作。这意味着它从根本上不存在光谱级次重叠的问题，用户无需担心因级次重叠导致的分析误差。