Волоконно-оптичні спектрометри зазвичай використовують оптичне волокно як сигнальний відгалужувач, який буде фотометрично з'єднаний зі спектрометром для спектрального аналізу. Завдяки зручності оптичного волокна, користувачі можуть бути дуже гнучкими у створенні системи збору спектру.
Перевагою волоконно-оптичних спектрометрів є модульність та гнучкість вимірювальної системи. Мікрооптичний волоконний спектрометрвід MUT у Німеччині настільки швидкий, що його можна використовувати для онлайн-аналізу. А завдяки використанню недорогих універсальних детекторів, вартість спектрометра знижується, а отже, і вартість усієї вимірювальної системи.
Базова конфігурація волоконно-оптичного спектрометра складається з решітки, щілини та детектора. Параметри цих компонентів необхідно уточнювати під час придбання спектрометра. Продуктивність спектрометра залежить від точного поєднання та калібрування цих компонентів, після калібрування волоконно-оптичного спектрометра, в принципі, ці аксесуари не можуть змінюватися.
Вступ до функцій
решітка
Вибір решітки залежить від спектрального діапазону та вимог до роздільної здатності. Для волоконно-оптичних спектрометрів спектральний діапазон зазвичай становить від 200 нм до 2500 нм. Через вимогу відносно високої роздільної здатності важко отримати широкий спектральний діапазон; водночас, чим вища вимога до роздільної здатності, тим менший світловий потік. Для вимог нижчої роздільної здатності та ширшого спектрального діапазону звичайним вибором є решітка 300 ліній/мм. Якщо потрібна відносно висока спектральна роздільна здатність, її можна досягти, вибравши решітку з 3600 ліній/мм або вибравши детектор з більшою роздільною здатністю пікселів.
щілина
Вужча щілина може покращити роздільну здатність, але світловий потік зменшиться; з іншого боку, ширші щілини можуть підвищити чутливість, але за рахунок роздільної здатності. У різних вимогах застосування відповідна ширина щілини вибирається для оптимізації загального результату випробування.
зонд
Детектор певним чином визначає роздільну здатність та чутливість волоконно-оптичного спектрометра. Світлочутлива область детектора в принципі обмежена: вона поділена на безліч дрібних пікселів для високої роздільної здатності або на меншу кількість, але більших пікселів для високої чутливості. Як правило, чутливість CCD-детектора краща, тому можна отримати кращу роздільну здатність без певної чутливості. Завдяки високій чутливості та тепловому шуму InGaAs-детектора в ближньому інфрачервоному діапазоні, співвідношення сигнал/шум системи можна ефективно покращити за допомогою охолодження.
Оптичний фільтр
Через багатоступеневий дифракційний ефект самого спектру, інтерференцію багатоступеневої дифракції можна зменшити за допомогою фільтра. На відміну від звичайних спектрометрів, волоконно-оптичні спектрометри мають покриття на детекторі, і цю частину функції потрібно встановити на заводі. Водночас покриття також виконує функцію антивідблиску та покращує співвідношення сигнал/шум системи.
Продуктивність спектрометра головним чином визначається спектральним діапазоном, оптичною роздільною здатністю та чутливістю. Зміна одного з цих параметрів зазвичай впливає на продуктивність інших параметрів.
Головним завданням спектрометра є не максимізація всіх параметрів під час виробництва, а забезпечення відповідності технічних показників спектрометра вимогам до продуктивності для різних застосувань у цьому тривимірному просторі. Ця стратегія дозволяє спектрометру задовольнити потреби клієнтів, забезпечуючи максимальну віддачу з мінімальними інвестиціями. Розмір куба залежить від технічних показників, яких повинен досягти спектрометр, і його розмір пов'язаний зі складністю спектрометра та ціною виробу. Вироби спектрометра повинні повністю відповідати технічним параметрам, необхідним клієнтам.
Спектральний діапазон
Спектрометриз меншим спектральним діапазоном зазвичай дають детальну спектральну інформацію, тоді як великі спектральні діапазони мають ширший візуальний діапазон. Тому спектральний діапазон спектрометра є одним із важливих параметрів, який необхідно чітко визначити.
Фактори, що впливають на спектральний діапазон, - це головним чином решітка та детектор, і відповідні решітка та детектор вибираються відповідно до різних вимог.
чутливість
Говорячи про чутливість, важливо розрізняти чутливість у фотометрії (найменша сила сигналу, якуспектрометрможе виявити) та чутливість у стехіометрії (найменша різниця в поглинанні, яку може виміряти спектрометр).
а. Фотометрична чутливість
Для застосувань, що потребують високочутливих спектрометрів, таких як флуоресцентні та раманівські спектрометри, ми рекомендуємо термоохолоджувані оптичні волоконні спектрометри SEK з термоохолоджуваними 1024-піксельними двовимірними CCD-детекторами, а також конденсуючими лінзами детектора, золотими дзеркалами та широкими щілинами (100 мкм або ширше). Ця модель може використовувати тривалий час інтегрування (від 7 мілісекунд до 15 хвилин) для покращення сили сигналу, а також може зменшити шум та покращити динамічний діапазон.
b. Стехіометрична чутливість
Для виявлення двох значень швидкості поглинання з дуже близькою амплітудою потрібна не лише чутливість детектора, але й співвідношення сигнал/шум. Детектором з найвищим співвідношенням сигнал/шум є термоелектричний охолоджуваний 1024-піксельний двовимірний матричний CCD-детектор у спектрометрі SEK зі співвідношенням сигнал/шум 1000:1. Усереднення кількох спектральних зображень також може покращити співвідношення сигнал/шум, а збільшення усереднення призведе до збільшення співвідношення сигнал/шум зі швидкістю квадратного кореня, наприклад, усереднення в 100 разів може збільшити співвідношення сигнал/шум у 10 разів, досягнувши 10 000:1.
Роздільна здатність
Оптична роздільна здатність є важливим параметром для вимірювання оптичної роздільної здатності. Якщо вам потрібна дуже висока оптична роздільна здатність, ми рекомендуємо вибрати решітку з 1200 лініями/мм або більше, а також вузьку щілину та ПЗС-детектор на 2048 або 3648 пікселів.
Час публікації: 27 липня 2023 р.