В оптоволоконных спектрометрах обычно используется оптическое волокно в качестве ответвителя сигнала, которое фотометрически соединяется со спектрометром для спектрального анализа. Благодаря удобству оптического волокна пользователи могут очень гибко создавать системы сбора данных.
Преимущество волоконно-оптических спектрометров заключается в модульности и гибкости измерительной системы. Микрооптоволоконный спектрометрИз немецкого технологического института MUT, работающего настолько быстро, что его можно использовать для онлайн-анализа. Благодаря использованию недорогих универсальных детекторов снижается стоимость спектрометра, а следовательно, и всей измерительной системы.
Базовая конфигурация волоконно-оптического спектрометра состоит из дифракционной решетки, щели и детектора. Параметры этих компонентов необходимо уточнять при покупке спектрометра. Эффективность спектрометра зависит от точного сочетания и калибровки этих компонентов. После калибровки волоконно-оптического спектрометра эти компоненты, в принципе, не могут подвергаться каким-либо изменениям.
Введение в функцию
решетка
Выбор решётки зависит от спектрального диапазона и требований к разрешению. Для волоконно-оптических спектрометров спектральный диапазон обычно составляет от 200 до 2500 нм. В связи с требованием относительно высокого разрешения, получение широкого спектрального диапазона затруднено; в то же время, чем выше требование к разрешению, тем меньше световой поток. Для требований более низкого разрешения и более широкого спектрального диапазона обычно выбирают решётку с разрешением 300 линий/мм. Если требуется относительно высокое спектральное разрешение, его можно достичь, выбрав решётку с разрешением 3600 линий/мм или детектор с более высоким разрешением.
щель
Более узкая щель может улучшить разрешение, но световой поток уменьшится. С другой стороны, более широкая щель может повысить чувствительность, но за счёт разрешения. В зависимости от требований к применению подбирается соответствующая ширина щели для оптимизации общего результата теста.
зонд
Детектор в некоторой степени определяет разрешение и чувствительность оптоволоконного спектрометра. Светочувствительная область детектора, в принципе, ограничена и делится на множество мелких пикселей для получения высокого разрешения или на меньшее количество, но более крупных пикселей для получения высокой чувствительности. Как правило, чувствительность ПЗС-детектора выше, поэтому можно получить лучшее разрешение, в некоторой степени не снижая чувствительности. Благодаря высокой чувствительности и тепловому шуму InGaAs-детектора 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 заводе. Кроме того, покрытие также выполняет функцию антибликового покрытия и улучшает соотношение сигнал/шум системы.
Характеристики спектрометра в основном определяются спектральным диапазоном, оптическим разрешением и чувствительностью. Изменение одного из этих параметров обычно влияет на характеристики других.
Основная задача спектрометра заключается не в максимизации всех параметров на этапе производства, а в том, чтобы технические характеристики спектрометра соответствовали требованиям к производительности для различных приложений в этом трёхмерном пространстве. Такая стратегия позволяет спектрометру удовлетворить потребности клиентов, обеспечивая максимальную отдачу при минимальных инвестициях. Размер куба зависит от технических характеристик, которые должен достичь спектрометр, а его размер связан со сложностью спектрометра и ценой спектрометрического изделия. Спектрометрическое изделие должно полностью соответствовать техническим параметрам, требуемым заказчиком.
Спектральный диапазон
СпектрометрыСпектральные диапазоны меньшего размера обычно дают детальную спектральную информацию, тогда как спектральные диапазоны большего размера обеспечивают более широкий видимый диапазон. Поэтому спектральный диапазон спектрометра является одним из важных параметров, который необходимо точно указать.
Факторами, влияющими на спектральный диапазон, являются главным образом 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 флуоресцентные и рамановские спектрометры, мы рекомендуем термоохлаждаемые оптоволоконные спектрометры SEK с термоохлаждаемыми двумерными ПЗС-детекторами с разрешением 1024 пикселя, а также конденсирующими линзами детектора, золотыми зеркалами и широкими щелями (100 мкм или шире). Эта модель может использовать длительное время интегрирования (от 7 миллисекунд до 15 минут) для повышения уровня сигнала, снижения уровня шума и расширения динамического диапазона.
б. Стехиометрическая чувствительность
Для регистрации двух значений скорости поглощения с очень близкой амплитудой требуется не только высокая чувствительность детектора, но и высокое отношение сигнал/шум. Детектором с самым высоким отношением сигнал/шум является термоэлектрический охлаждаемый 1024-пиксельный двумерный ПЗС-детектор в спектрометре SEK с отношением сигнал/шум 1000:1. Усреднение нескольких спектральных изображений также может улучшить отношение сигнал/шум, а увеличение числа усреднённых изображений приведёт 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 — важный параметр для измерения способности к оптическому расщеплению. Если вам требуется очень высокое оптическое разрешение, мы рекомендуем выбрать решетку с разрешением 1200 линий/мм или более, а также узкую щель и ПЗС-детектор с разрешением 2048 или 3648 пикселей.
Время публикации: 27 июля 2023 г.