В оптоволоконных спектрометрах обычно используется оптическое волокно в качестве связующего звена для сигнала, которое фотометрически соединяется со спектрометром для спектрального анализа. Благодаря удобству использования оптического волокна, пользователи могут гибко создавать системы сбора спектральных данных.
Преимуществом волоконно-оптических спектрометров является модульность и гибкость измерительной системы. Микроспектрометрыоптоволоконный спектрометрСпектрометр MUT из Германии настолько быстр, что его можно использовать для онлайн-анализа. А благодаря использованию недорогих универсальных детекторов снижается стоимость спектрометра, и, следовательно, снижается стоимость всей измерительной системы.
Базовая конфигурация волоконно-оптического спектрометра состоит из дифракционной решетки, щели и детектора. Параметры этих компонентов необходимо указывать при покупке спектрометра. Работоспособность спектрометра зависит от точной комбинации и калибровки этих компонентов; после калибровки волоконно-оптического спектрометра, в принципе, эти компоненты изменить нельзя.
Введение в функции
решетка
Выбор дифракционной решетки зависит от требуемого спектрального диапазона и разрешения. Для волоконно-оптических спектрометров спектральный диапазон обычно составляет от 200 до 2500 нм. Из-за требований к относительно высокому разрешению трудно получить широкий спектральный диапазон; в то же время, чем выше требуемое разрешение, тем меньше световой поток. Для требований к более низкому разрешению и более широкому спектральному диапазону обычно выбирают решетку с 300 линиями/мм. Если требуется относительно высокое спектральное разрешение, его можно достичь, выбрав решетку с 3600 линиями/мм или выбрав детектор с более высоким разрешением пикселей.
щель
Более узкая щель может улучшить разрешение, но при этом уменьшится световой поток; с другой стороны, более широкие щели могут повысить чувствительность, но за счет снижения разрешения. В зависимости от требований к применению выбирается соответствующая ширина щели для оптимизации общего результата тестирования.
зонд
Детектор в некоторой степени определяет разрешение и чувствительность волоконно-оптического спектрометра; светочувствительная область на детекторе, как правило, ограничена; для высокого разрешения она делится на множество мелких пикселей, а для высокой чувствительности — на меньшее количество, но более крупных пикселей. Как правило, чувствительность ПЗС-детектора выше, поэтому можно получить лучшее разрешение без существенного снижения чувствительности. Благодаря высокой чувствительности и тепловому шуму InGaAs-детектора в ближнем инфракрасном диапазоне, отношение сигнал/шум системы может быть эффективно улучшено за счет охлаждения.
Оптический фильтр
Благодаря многоступенчатому дифракционному эффекту самого спектра, интерференцию, вызванную многоступенчатой дифракцией, можно уменьшить с помощью фильтра. В отличие от обычных спектрометров, в волоконно-оптических спектрометрах на детектор наносится покрытие, и эта часть функциональности должна быть установлена на заводе. Одновременно с этим покрытие также выполняет функцию антиотражения и улучшает отношение сигнал/шум системы.
Рабочие характеристики спектрометра в основном определяются спектральным диапазоном, оптическим разрешением и чувствительностью. Изменение одного из этих параметров обычно влияет на работу остальных.
Главная задача спектрометра заключается не в максимизации всех параметров на этапе изготовления, а в обеспечении соответствия технических показателей спектрометра требованиям к производительности для различных применений в этом трехмерном пространстве. Такая стратегия позволяет спектрометру удовлетворять потребности клиентов, обеспечивая максимальную отдачу при минимальных инвестициях. Размер куба зависит от технических показателей, которые должен достичь спектрометр, и связан со сложностью спектрометра и его ценой. Спектрометры должны полностью соответствовать техническим параметрам, требуемым заказчиками.
Спектральный диапазон
СпектрометрыСпектральный диапазон с меньшим диапазоном обычно предоставляет подробную спектральную информацию, тогда как большие диапазоны имеют более широкий диапазон видимости. Поэтому спектральный диапазон спектрометра является одним из важных параметров, который необходимо четко указать.
Основными факторами, влияющими на спектральный диапазон, являются дифракционная решетка и детектор, а соответствующие решетка и детектор выбираются в зависимости от требований.
чувствительность
Говоря о чувствительности, важно различать чувствительность в фотометрии (наименьшая сила сигнала, которую может иметь фотометр).спектрометр(может обнаруживать) и чувствительность к стехиометрии (наименьшее различие в поглощении, которое может измерить спектрометр).
а. Фотометрическая чувствительность
Для применений, требующих высокочувствительных спектрометров, таких как флуоресцентная и рамановская спектроскопия, мы рекомендуем термоохлаждаемые оптоволоконные спектрометры SEK с термоохлаждаемыми двухмерными ПЗС-детекторами на 1024 пикселя, а также конденсирующими линзами детектора, золотыми зеркалами и широкими щелями (100 мкм или шире). Эта модель позволяет использовать длительное время интегрирования (от 7 миллисекунд до 15 минут) для повышения мощности сигнала, а также для снижения шума и улучшения динамического диапазона.
б. Стехиометрическая чувствительность
Для обнаружения двух значений коэффициента поглощения с очень близкой амплитудой требуется не только чувствительность детектора, но и отношение сигнал/шум. Детектором с самым высоким отношением сигнал/шум является термоэлектрический охлаждаемый двухмерный CCD-детектор с разрешением 1024 пикселя в спектрометре SEK, имеющий отношение сигнал/шум 1000:1. Усреднение нескольких спектральных изображений также может улучшить отношение сигнал/шум, и увеличение числа усреднений приведет к увеличению отношения сигнал/шум со скоростью, близкой к квадратному корню, например, усреднение 100 раз может увеличить отношение сигнал/шум в 10 раз, достигнув 10 000:1.
Разрешение
Оптическое разрешение является важным параметром для оценки способности к оптическому разделению. Если вам требуется очень высокое оптическое разрешение, мы рекомендуем выбрать дифракционную решетку с 1200 линиями/мм или более, а также узкую щель и ПЗС-детектор с 2048 или 3648 пикселями.
Дата публикации: 27 июля 2023 г.