Funkce optického vláknového spektrometru

Optické vláknové spektrometry obvykle používají optické vlákno jako signálový vazební člen, který bude fotometricky připojen ke spektrometru pro spektrální analýzu. Díky výhodám optických vláken mohou být uživatelé velmi flexibilní při vytváření systému získávání spektra.

Výhodou vláknových optických spektrometrů je modularita a flexibilita měřicího systému. Mikrospektrometr optických vlákenz MUT v Německu 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 optického 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 spektrometru s optickým vláknem se toto příslušenství v zásadě nemůže měnit.

Představení funkce

mřížka

Volba mřížky závisí na spektrálním rozsahu a požadavcích na rozlišení. U spektrometrů s optickými vlákny je spektrální rozsah obvykle mezi 200nm a 2500nm. Vzhledem k požadavku na relativně vysoké rozlišení je obtížné získat široký spektrální rozsah; 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 line/mm. Pokud je požadováno relativně vysoké spektrální rozlišení, lze toho dosáhnout volbou mřížky s 3600 řádky/mm, nebo volbou detektoru s větším 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 požadavcích aplikace je vybrána vhodná šířka štěrbiny pro optimalizaci celkového výsledku testu.

sonda

Detektor určitým způsobem určuje rozlišení a citlivost vláknového optického spektrometru, oblast citlivosti na světlo na detektoru je v zásadě omezená, je rozdělena na mnoho malých pixelů pro vysoké rozlišení nebo rozdělena na méně, ale větších pixelů pro vysokou citlivost. Obecně je citlivost CCD detektoru lepší, takže můžete do určité míry získat lepší rozlišení bez citlivosti. Vzhledem k vysoké citlivosti a tepelnému šumu detektoru InGaAs v blízké infračervené oblasti lze poměr signálu k šumu systému účinně zlepšit pomocí chlazení.

Optický filtr

Vzhledem k vícestupňovému difrakčnímu efektu samotného spektra může být interference vícestupňové difrakce snížena použitím filtru. Na rozdíl od běžných spektrometrů jsou spektrometry z optických vláken na detektoru potaženy a tato část funkce musí být instalována na místě ve výrobě. Zátěr má zároveň i funkci antireflexu a zlepšuje odstup signálu od šumu systému.

Výkon spektrometru je dán především spektrálním rozsahem, optickým rozlišením a citlivostí. Změna jednoho z těchto parametrů obvykle ovlivní výkon ostatních parametrů.

Hlavním úkolem spektrometru není maximalizovat všechny parametry v době výroby, ale zajistit, aby technické indikátory spektrometru splňovaly výkonnostní požadavky pro různé aplikace v tomto trojrozměrném výběru prostoru. Tato strategie umožňuje spektrometru uspokojit zákazníky s maximální návratností s minimální investicí. Velikost krychle závisí na technických ukazatelích, kterých potřebuje spektrometr dosáhnout, a její velikost souvisí se složitostí spektrometru a cenou produktu spektrometru. Produkty spektrometrů 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 rozsah. Proto je spektrální rozsah spektrometru jedním z důležitých parametrů, který musí být jasně specifikován.

Faktory, které ovlivňují spektrální rozsah, jsou především mřížka a detektor a odpovídající mřížka a detektor se volí podle různých požadavků.

citlivost

Když už mluvíme o citlivosti, je důležité rozlišovat mezi citlivostí ve fotometrii (nejmenší síla signálu, která aspektrometrdokáže detekovat) a citlivost ve stechiometrii (nejmenší rozdíl v absorpci, který může spektrometr změřit).

A. Fotometrická citlivost

Pro aplikace, které vyžadují vysoce citlivé spektrometry, jako je fluorescence a Raman, doporučujeme tepelně chlazené spektrometry s optickými vlákny SEK s tepelně chlazenými 1024 pixelovými dvourozměrnými CCD detektory, stejně jako kondenzační čočky detektorů, zlatá zrcadla a široké štěrbiny ( 100μm nebo širší). Tento model může využívat dlouhé integrační časy (od 7 milisekund do 15 minut) ke zlepšení síly signálu a může snížit šum a zlepšit dynamický rozsah.

b. Stechiometrická citlivost

Aby bylo možné detekovat dvě hodnoty rychlosti absorpce s velmi blízkou amplitudou, je zapotřebí nejen citlivost detektoru, ale také poměr signálu k šumu. Detektorem s nejvyšším odstupem signálu od 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 čísla způsobí, že se poměr signálu k šumu zvýší při rychlosti druhé odmocniny, například průměr 100krát může zvýšit poměr signálu k šumu 10krát a dosáhnout 10 000:1.

Rezoluce

Optické rozlišení je důležitým parametrem pro měření schopnosti optického dělení. Pokud potřebujete velmi vysoké optické rozlišení, doporučujeme zvolit mřížku s 1200 řádky/mm nebo více, spolu s úzkou štěrbinou a CCD detektorem 2048 nebo 3648 pixelů.