La funció de l'espectròmetre de fibra òptica

Els espectròmetres de fibra òptica solen utilitzar fibra òptica com a acoblador de senyal, que s'acoblarà fotomètricament a l'espectròmetre per a l'anàlisi espectral. Gràcies a la comoditat de la fibra òptica, els usuaris poden ser molt flexibles a l'hora de construir un sistema d'adquisició d'espectres.

L'avantatge dels espectròmetres de fibra òptica és la modularitat i la flexibilitat del sistema de mesura. El microespectròmetre de fibra òpticade MUT a Alemanya és tan ràpid que es pot utilitzar per a anàlisis en línia. I gràcies a l'ús de detectors universals de baix cost, es redueix el cost de l'espectròmetre i, per tant, es redueix el cost de tot el sistema de mesura.

La configuració bàsica de l'espectròmetre de fibra òptica consisteix en una reixa, una ranura i un detector. Els paràmetres d'aquests components s'han d'especificar en comprar un espectròmetre. El rendiment de l'espectròmetre depèn de la combinació precisa i la calibració d'aquests components; després de la calibració de l'espectròmetre de fibra òptica, en principi, aquests accessoris no poden tenir cap canvi.

Introducció a la funció

reixa

L'elecció de la reixeta depèn del rang espectral i dels requisits de resolució. Per als espectròmetres de fibra òptica, el rang espectral sol estar entre 200 nm i 2500 nm. A causa del requisit d'una resolució relativament alta, és difícil obtenir un rang espectral ampli; alhora, com més alt sigui el requisit de resolució, menys flux lluminós. Per als requisits de resolució més baixa i rang espectral més ampli, la reixeta de 300 línies/mm és l'opció habitual. Si es requereix una resolució espectral relativament alta, es pot aconseguir triant una reixeta amb 3600 línies/mm o triant un detector amb més resolució de píxels.

escletxa

Una ranura més estreta pot millorar la resolució, però el flux de llum és més petit; en canvi, les ranures més amples poden augmentar la sensibilitat, però a costa de la resolució. En diferents requisits d'aplicació, es selecciona l'amplada de ranura adequada per optimitzar el resultat general de la prova.

sonda

El detector determina d'alguna manera la resolució i la sensibilitat de l'espectròmetre de fibra òptica. La regió sensible a la llum del detector és en principi limitada, i es divideix en molts píxels petits per a una alta resolució o en menys píxels però més grans per a una alta sensibilitat. Generalment, la sensibilitat del detector CCD és millor, de manera que es pot obtenir una millor resolució sense sensibilitat fins a cert punt. A causa de l'alta sensibilitat i el soroll tèrmic del detector d'InGaAs en l'infraroig proper, la relació senyal-soroll del sistema es pot millorar eficaçment mitjançant la refrigeració.

Filtre òptic

A causa de l'efecte de difracció multietapa del propi espectre, la interferència de la difracció multietapa es pot reduir mitjançant l'ús del filtre. A diferència dels espectròmetres convencionals, els espectròmetres de fibra òptica tenen un recobriment al detector, i aquesta part de la funció s'ha d'instal·lar de fàbrica. Al mateix temps, el recobriment també té la funció antireflectant i millora la relació senyal-soroll del sistema.

El rendiment de l'espectròmetre està determinat principalment pel rang espectral, la resolució òptica i la sensibilitat. Un canvi en un d'aquests paràmetres normalment afectarà el rendiment dels altres paràmetres.

El principal repte de l'espectròmetre no és maximitzar tots els paràmetres en el moment de la fabricació, sinó fer que els indicadors tècnics de l'espectròmetre compleixin els requisits de rendiment per a diferents aplicacions en aquesta selecció espacial tridimensional. Aquesta estratègia permet a l'espectròmetre satisfer els clients per obtenir el màxim rendiment amb una inversió mínima. La mida del cub depèn dels indicadors tècnics que l'espectròmetre ha d'assolir, i la seva mida està relacionada amb la complexitat de l'espectròmetre i el preu del producte espectròmetre. Els productes espectròmetre han de complir plenament els paràmetres tècnics requerits pels clients.

Rang espectral

Espectròmetresamb un rang espectral més petit solen donar informació espectral detallada, mentre que els rangs espectrals grans tenen un rang visual més ampli. Per tant, el rang espectral de l'espectròmetre és un dels paràmetres importants que s'han d'especificar clarament.

Els factors que afecten el rang espectral són principalment la reixa i el detector, i la reixa i el detector corresponents es seleccionen segons els diferents requisits.

sensibilitat

Parlant de sensibilitat, és important distingir entre la sensibilitat en fotometria (la intensitat de senyal més petita que unespectròmetrepot detectar) i la sensibilitat en estequiometria (la diferència més petita en l'absorció que pot mesurar un espectròmetre).

a. Sensibilitat fotomètrica

Per a aplicacions que requereixen espectròmetres d'alta sensibilitat, com ara fluorescència i Raman, recomanem els espectròmetres de fibra òptica SEK termorefrigerats amb detectors CCD de matriu bidimensional de 1024 píxels termorefrigerats, així com lents de condensació de detectors, miralls d'or i escletxes amples (100 μm o més amples). Aquest model pot utilitzar temps d'integració llargs (de 7 mil·lisegons a 15 minuts) per millorar la intensitat del senyal i pot reduir el soroll i millorar el rang dinàmic.

b. Sensibilitat estequiomètrica

Per detectar dos valors de taxa d'absorció amb una amplitud molt propera, no només es requereix la sensibilitat del detector, sinó també la relació senyal-soroll. El detector amb la relació senyal-soroll més alta és el detector CCD de matriu bidimensional de 1024 píxels refrigerat termoelèctric de l'espectròmetre SEK amb una relació senyal-soroll de 1000:1. La mitjana de múltiples imatges espectrals també pot millorar la relació senyal-soroll, i l'augment del nombre mitjà farà que la relació senyal-soroll augmenti a la velocitat de l'arrel quadrada, per exemple, la mitjana de 100 vegades pot augmentar la relació senyal-soroll 10 vegades, arribant a 10.000:1.

Resolució

La resolució òptica és un paràmetre important per mesurar la capacitat de divisió òptica. Si necessiteu una resolució òptica molt alta, us recomanem que trieu una xarxa de difracció amb 1200 línies/mm o més, juntament amb una ranura estreta i un detector CCD de 2048 o 3648 píxels.