Optické vláknové spektrometre zvyčajne používajú optické vlákno ako signálny väzobný člen, ktorý sa fotometricky prepojí so spektrometrom pre spektrálnu analýzu. Vďaka výhodám optického vlákna môžu byť používatelia veľmi flexibilní pri vytváraní systému na získavanie spektra.
Výhodou vláknových optických spektrometrov je modularita a flexibilita meracieho systému. Mikrooptický vláknový spektrometerz nemeckej univerzity MUT je taký rýchly, že ho možno použiť na online analýzu. A vďaka použitiu lacných univerzálnych detektorov sa znižujú náklady na spektrometer, a tým aj náklady na celý merací systém.
Základná konfigurácia vláknového spektrometra pozostáva z mriežky, štrbiny a detektora. Parametre týchto komponentov je potrebné špecifikovať pri kúpe spektrometra. Výkon spektrometra závisí od presnej kombinácie a kalibrácie týchto komponentov a po kalibrácii vláknového spektrometra sa toto príslušenstvo v zásade nemôže meniť.
Úvod do funkcií
mriežka
Výber mriežky závisí od spektrálneho rozsahu a požiadaviek na rozlíšenie. Pre vláknové optické spektrometre je spektrálny rozsah zvyčajne medzi 200 nm a 2500 nm. Vzhľadom na požiadavku relatívne vysokého rozlíšenia je ťažké dosiahnuť široký spektrálny rozsah; zároveň platí, že čím vyššie je požiadavka na rozlíšenie, tým menší je svetelný tok. Pre požiadavky nižšieho rozlíšenia a širšieho spektrálneho rozsahu je zvyčajne voľbou mriežka 300 čiar/mm. Ak je potrebné relatívne vysoké spektrálne rozlíšenie, možno ho dosiahnuť výberom mriežky s 3600 čiarami/mm alebo výberom detektora s vyšším rozlíšením pixelov.
štrbina
Užšia štrbina môže zlepšiť rozlíšenie, ale svetelný tok je menší. Na druhej strane, širšie štrbiny môžu zvýšiť citlivosť, ale na úkor rozlíšenia. V rôznych aplikačných požiadavkách sa vhodná šírka štrbiny volí tak, aby sa optimalizoval celkový výsledok testu.
sonda
Detektor v istom zmysle určuje rozlíšenie a citlivosť vláknového spektrometra. Oblasť citlivá na svetlo na detektore je v zásade obmedzená a je rozdelená na mnoho malých pixelov pre vysoké rozlíšenie alebo na menej, ale väčších pixelov pre vysokú citlivosť. Citlivosť CCD detektora je vo všeobecnosti lepšia, takže je možné dosiahnuť lepšie rozlíšenie bez zvýšenia citlivosti. Vďaka vysokej citlivosti a tepelnému šumu InGaAs detektora v blízkej infračervenej oblasti je možné pomer signálu k šumu systému účinne zlepšiť chladením.
Optický filter
Vďaka viacstupňovému difrakčnému efektu samotného spektra je možné interferenciu viacstupňovej difrakcie znížiť použitím filtra. Na rozdiel od konvenčných spektrometrov sú vláknové optické spektrometre potiahnuté priamo na detektore a túto časť funkcie je potrebné nainštalovať vo výrobe. Zároveň má povlak aj funkciu antireflexie a zlepšuje pomer signálu k šumu systému.
Výkon spektrometra je určený najmä spektrálnym rozsahom, optickým rozlíšením a citlivosťou. Zmena jedného z týchto parametrov zvyčajne ovplyvní výkon ostatných parametrov.
Hlavnou výzvou spektrometra nie je maximalizovať všetky parametre v čase výroby, ale dosiahnuť, aby technické ukazovatele spektrometra spĺňali výkonnostné požiadavky pre rôzne aplikácie v tomto trojrozmernom priestore. Táto stratégia umožňuje spektrometru uspokojiť zákazníkov s maximálnou návratnosťou s minimálnou investíciou. Veľkosť kocky závisí od technických ukazovateľov, ktoré musí spektrometer dosiahnuť, a jej veľkosť súvisí so zložitosťou spektrometra a cenou spektrometrického produktu. Spektrometrické produkty by mali plne spĺňať technické parametre požadované zákazníkmi.
Spektrálny rozsah
Spektrometres menším spektrálnym rozsahom zvyčajne poskytujú podrobné spektrálne informácie, zatiaľ čo veľké spektrálne rozsahy majú širší vizuálny rozsah. Preto je spektrálny rozsah spektrometra jedným z dôležitých parametrov, ktoré musia byť jasne špecifikované.
Faktory, ktoré ovplyvňujú spektrálny rozsah, sú hlavne mriežka a detektor a zodpovedajúca mriežka a detektor sa vyberajú podľa rôznych požiadaviek.
citlivosť
Keď už hovoríme o citlivosti, je dôležité rozlišovať medzi citlivosťou vo fotometrii (najmenšia sila signálu, ktorúspektrometerdokáže detekovať) a citlivosť v stechiometrii (najmenší rozdiel v absorpcii, ktorý dokáže spektrometer zmerať).
a. Fotometrická citlivosť
Pre aplikácie, ktoré vyžadujú vysoko citlivé spektrometre, ako sú fluorescenčné a Ramanove spektrometre, odporúčame tepelne chladené optické vláknové spektrometre SEK s tepelne chladenými 1024-pixelovými dvojrozmernými CCD detektormi, ako aj kondenzačnými šošovkami detektora, zlatými zrkadlami a širokými štrbinami (100 μm alebo širšími). Tento model dokáže využiť dlhé integračné časy (od 7 milisekúnd do 15 minút) na zlepšenie sily signálu a môže znížiť šum a zlepšiť dynamický rozsah.
b. Stechiometrická citlivosť
Na detekciu dvoch hodnôt absorpcie s veľmi blízkou amplitúdou je potrebná nielen citlivosť detektora, ale aj pomer signálu k šumu. Detektor s najvyšším pomerom signálu k šumu je termoelektrický chladený 1024-pixelový dvojrozmerný CCD detektor v spektrometri SEK s pomerom signálu k šumu 1000:1. Priemer viacerých spektrálnych snímok môže tiež zlepšiť pomer signálu k šumu a zvýšenie priemerného počtu spôsobí, že pomer signálu k šumu sa zvýši rýchlosťou druhej odmocniny, napríklad 100-násobné spriemerovanie môže zvýšiť pomer signálu k šumu 10-násobne, čím dosiahne 10 000:1.
Rozlíšenie
Optické rozlíšenie je dôležitým parametrom na meranie optickej deliacej schopnosti. Ak potrebujete veľmi vysoké optické rozlíšenie, odporúčame zvoliť mriežku s 1200 čiarami/mm alebo viac, spolu s úzkou štrbinou a CCD detektorom s 2048 alebo 3648 pixelmi.
Čas uverejnenia: 27. júla 2023