Optické vláknové spektrometry obvykle používají optické vlákno jako signální vazební člen, který bude fotometricky propojen se spektrometrem pro spektrální analýzu. Díky výhodnosti optického vlákna mohou být uživatelé velmi flexibilní při vytváření systému pro snímání spektra.
Výhodou vláknových optických spektrometrů je modularita a flexibilita měřicího systému. Mikrooptický vláknový spektrometrz německé univerzity MUT je tak rychlý, že jej lze použít pro online analýzu. A díky použití levných univerzálních detektorů se snižují náklady na spektrometr, a tím i náklady na celý měřicí systém.
Základní konfigurace vláknového spektrometru se skládá z mřížky, štěrbiny a detektoru. Parametry těchto komponent je nutné specifikovat při nákupu spektrometru. Výkon spektrometru závisí na přesné kombinaci a kalibraci těchto komponent. Po kalibraci vláknového spektrometru se toto příslušenství v principu nemůže nijak měnit.
Úvod do funkcí
mřížka
Volba mřížky závisí na spektrálním rozsahu a požadavcích na rozlišení. U vláknových optických spektrometrů je spektrální rozsah obvykle mezi 200 nm a 2500 nm. Vzhledem k požadavku na relativně vysoké rozlišení je obtížné dosáhnout širokého spektrálního rozsahu; zároveň platí, že čím vyšší je požadavek na rozlišení, tím menší je světelný tok. Pro požadavky na nižší rozlišení a širší spektrální rozsah je obvyklou volbou mřížka 300 čar/mm. Pokud je požadováno relativně vysoké spektrální rozlišení, lze ho dosáhnout volbou mřížky s 3600 čar/mm nebo volbou detektoru s vyšším rozlišením pixelů.
štěrbina
Užší štěrbina může zlepšit rozlišení, ale světelný tok je menší. Na druhou stranu, širší štěrbiny mohou zvýšit citlivost, ale na úkor rozlišení. V různých aplikačních požadavcích se volí vhodná šířka štěrbiny pro optimalizaci celkového výsledku testu.
sonda
Detektor v jistém smyslu určuje rozlišení a citlivost vláknového spektrometru. Oblast citlivá na světlo na detektoru je v principu omezená. Pro vysoké rozlišení je rozdělena na mnoho malých pixelů, pro vysokou citlivost na méně, ale větších pixelů. Citlivost CCD detektoru je obecně lepší, takže lze dosáhnout lepšího rozlišení bez určité míry citlivosti. Vzhledem k vysoké citlivosti a tepelnému šumu InGaAs detektoru v blízké infračervené oblasti lze poměr signálu k šumu systému efektivně zlepšit chlazením.
Optický filtr
Vzhledem k vícestupňovému difrakčnímu efektu samotného spektra lze interferenci vícestupňové difrakce snížit použitím filtru. Na rozdíl od konvenčních spektrometrů jsou vláknové optické spektrometry potaženy přímo na detektoru a tato část funkce musí být instalována ve výrobě. Zároveň má povlak také funkci antireflexe a zlepšuje poměr signálu k šumu systému.
Výkon spektrometru je určen především spektrálním rozsahem, optickým rozlišením a citlivostí. Změna jednoho z těchto parametrů obvykle ovlivní výkon ostatních parametrů.
Hlavní výzvou spektrometru není maximalizovat všechny parametry v době výroby, ale zajistit, aby technické ukazatele spektrometru splňovaly výkonnostní požadavky pro různé aplikace v tomto trojrozměrném prostoru. Tato strategie umožňuje spektrometru uspokojit zákazníky maximální návratností s minimální investicí. Velikost krychle závisí na technických ukazatelích, kterých musí spektrometr dosáhnout, a její velikost souvisí se složitostí spektrometru a cenou spektrometrického produktu. Spektrometrické produkty by měly plně splňovat technické parametry požadované zákazníky.
Spektrální rozsah
Spektrometrys menším spektrálním rozsahem obvykle poskytují podrobné spektrální informace, zatímco velké spektrální rozsahy mají širší vizuální dosah. Spektrální rozsah spektrometru je proto jedním z důležitých parametrů, které je nutné jasně specifikovat.
Faktory, které ovlivňují spektrální rozsah, jsou hlavně mřížka a detektor a odpovídající mřížka a detektor se vybírají podle různých požadavků.
citlivost
Když už mluvíme o citlivosti, je důležité rozlišovat mezi citlivostí ve fotometrii (nejmenší síla signálu, kterouspektrometrdokáže detekovat) a citlivost ve stechiometrii (nejmenší rozdíl v absorpci, který dokáže spektrometr měřit).
a. Fotometrická citlivost
Pro aplikace, které vyžadují vysoce citlivé spektrometry, jako je fluorescenční a Ramanova spektrometrie, doporučujeme tepelně chlazené optické vláknové spektrometry SEK s tepelně chlazenými 1024pixelovými dvourozměrnými CCD detektory, stejně jako kondenzačními čočkami detektoru, zlatými zrcadly a širokými štěrbinami (100 μm nebo širšími). Tento model dokáže využít dlouhé integrační časy (od 7 milisekund do 15 minut) pro zlepšení síly signálu a může snížit šum a zlepšit dynamický rozsah.
b. Stechiometrická citlivost
Pro detekci dvou hodnot absorpční rychlosti s velmi blízkou amplitudou je nutná nejen citlivost detektoru, ale také poměr signálu k šumu. Detektor s nejvyšším poměrem signálu k šumu je termoelektrický chlazený 1024pixelový dvourozměrný CCD detektor ve spektrometru SEK s poměrem signálu k šumu 1000:1. Průměr více spektrálních snímků může také zlepšit poměr signálu k šumu a zvýšení průměrného počtu způsobí, že se poměr signálu k šumu zvýší rychlostí druhé odmocniny, například stonásobné zvětšení průměru může zvýšit poměr signálu k šumu desetkrát, čímž dosáhne 10 000:1.
Rezoluce
Optické rozlišení je důležitým parametrem pro měření optické dělicí schopnosti. Pokud potřebujete velmi vysoké optické rozlišení, doporučujeme zvolit mřížku s 1200 čarami/mm nebo více, úzkou štěrbinou a CCD detektor s 2048 nebo 3648 pixely.
Čas zveřejnění: 27. července 2023