Оптоволоконные спектрометры обычно используют оптическое волокно в качестве соединителя сигнала, которое будет фотометрически связано со спектрометром для спектрального анализа. Благодаря удобству оптоволокна пользователи могут быть очень гибкими в построении системы сбора спектра.
Преимуществом волоконно-оптических спектрометров является модульность и гибкость измерительной системы. Микрооптоволоконный спектрометрот MUT в Германии настолько быстр, что его можно использовать для онлайн-анализа. А благодаря использованию недорогих универсальных детекторов снижается стоимость спектрометра, а значит и стоимость всей измерительной системы
Базовая конфигурация оптоволоконного спектрометра состоит из решетки, щели и детектора. Параметры этих компонентов необходимо уточнять при покупке спектрометра. От точного сочетания и калибровки этих компонентов зависит производительность спектрометра, после калибровки оптоволоконного спектрометра, в принципе, эти принадлежности не могут иметь никаких изменений.
Введение в функцию
решетка
Выбор решетки зависит от спектрального диапазона и требований к разрешению. Для оптоволоконных спектрометров спектральный диапазон обычно составляет от 200 нм до 2500 нм. Из-за требования относительно высокого разрешения трудно получить широкий спектральный диапазон; В то же время, чем выше требование к разрешению, тем меньше световой поток. Для требований более низкого разрешения и более широкого спектрального диапазона обычным выбором является решетка 300 линий/мм. Если требуется относительно высокое спектральное разрешение, его можно достичь, выбрав решетку с 3600 линиями/мм или выбрав детектор с большим разрешением пикселей.
щель
Более узкая щель может улучшить разрешение, но световой поток меньше; С другой стороны, более широкие щели могут повысить чувствительность, но за счет разрешения. В различных требованиях к применению выбирается соответствующая ширина щели для оптимизации общего результата теста.
зонд
Детектор в некотором роде определяет разрешение и чувствительность оптоволоконного спектрометра, светочувствительная область на детекторе в принципе ограничена, она разделена на множество мелких пикселей для высокого разрешения или разделена на меньшее количество, но более крупных пикселей для высокой чувствительности. Как правило, чувствительность детектора CCD лучше, поэтому можно получить лучшее разрешение без чувствительности в некоторой степени. Из-за высокой чувствительности и теплового шума детектора InGaAs в ближнем инфракрасном диапазоне отношение сигнал/шум системы может быть эффективно улучшено с помощью охлаждения.
Оптический фильтр
Из-за многоступенчатого дифракционного эффекта самого спектра, интерференция многоступенчатой дифракции может быть уменьшена с помощью фильтра. В отличие от обычных спектрометров, оптоволоконные спектрометры имеют покрытие на детекторе, и эта часть функции должна быть установлена на месте на заводе. В то же время покрытие также имеет функцию антиотражения и улучшает отношение сигнал/шум системы.
Производительность спектрометра в основном определяется спектральным диапазоном, оптическим разрешением и чувствительностью. Изменение одного из этих параметров обычно влияет на производительность других параметров.
Основная задача спектрометра заключается не в максимизации всех параметров на момент изготовления, а в том, чтобы технические показатели спектрометра соответствовали требованиям производительности для различных приложений в этом трехмерном пространстве выбора. Эта стратегия позволяет спектрометру удовлетворять клиентов для максимальной отдачи при минимальных инвестициях. Размер куба зависит от технических показателей, которых должен достичь спектрометр, а его размер связан со сложностью спектрометра и ценой продукта спектрометра. Продукты спектрометра должны полностью соответствовать техническим параметрам, требуемым клиентами.
Спектральный диапазон
Спектрометрыс меньшим спектральным диапазоном обычно дают подробную спектральную информацию, тогда как большие спектральные диапазоны имеют более широкий визуальный диапазон. Поэтому спектральный диапазон спектрометра является одним из важных параметров, который должен быть четко указан.
Факторами, влияющими на спектральный диапазон, являются в основном решетка и детектор, причем соответствующие решетка и детектор выбираются в соответствии с различными требованиями.
чувствительность
Говоря о чувствительности, важно различать чувствительность в фотометрии (наименьшую силу сигнала, которую может получитьспектрометрможет обнаружить) и чувствительность в стехиометрии (наименьшая разница в поглощении, которую может измерить спектрометр).
а) Фотометрическая чувствительность
Для приложений, требующих высокочувствительных спектрометров, таких как флуоресценция и Рамановское рассеяние, мы рекомендуем термоохлаждаемые оптоволоконные спектрометры SEK с термоохлаждаемыми 1024-пиксельными двумерными ПЗС-детекторами, а также конденсирующими линзами детектора, золотыми зеркалами и широкими щелями (100 мкм или шире). Эта модель может использовать длительное время интеграции (от 7 миллисекунд до 15 минут) для улучшения силы сигнала, а также может снизить шум и улучшить динамический диапазон.
б) Стехиометрическая чувствительность
Для обнаружения двух значений скорости 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 1024-пиксельный двумерный матричный ПЗС-детектор в спектрометре SEK с отношением сигнал/шум 1000:1. Усреднение нескольких спектральных изображений также может улучшить отношение сигнал/шум, а увеличение среднего числа приведет к увеличению отношения сигнал/шум со скоростью квадратного корня, например, усреднение в 100 раз может увеличить отношение сигнал/шум в 10 раз, достигнув 10 000:1.
Разрешение
Оптическое разрешение является важным параметром для измерения способности оптического разделения. Если вам необходимо очень высокое оптическое разрешение, мы рекомендуем вам выбрать решетку с 1200 линиями/мм или более, а также узкую щель и детектор ПЗС на 2048 или 3648 пикселей.
Время публикации: 27 июля 2023 г.