תפקידו של ספקטרומטר סיבים אופטיים

ספקטרומטרים של סיבים אופטיים משתמשים בדרך כלל בסיב אופטי כמצמד אותות, אשר יהיה מצומד פוטומטרי לספקטרומטר לצורך ניתוח ספקטרלי. בשל הנוחות של סיב אופטי, משתמשים יכולים להיות גמישים מאוד בבניית מערכת רכישת ספקטרום.

היתרון של ספקטרומטרים של סיבים אופטיים הוא המודולריות והגמישות של מערכת המדידה. המיקרוספקטרומטר סיבים אופטייםמ-MUT בגרמניה הוא כל כך מהיר שניתן להשתמש בו לניתוח מקוון. ובגלל השימוש בגלאים אוניברסליים בעלות נמוכה, עלות הספקטרומטר מצטמצמת, וכך עלות מערכת המדידה כולה מצטמצמת.

התצורה הבסיסית של ספקטרומטר הסיבים האופטי מורכבת מסורג, חריץ וגלאי. יש לציין את הפרמטרים של רכיבים אלה בעת רכישת ספקטרומטר. ביצועי הספקטרומטר תלויים בשילוב ובכיול המדויקים של רכיבים אלה, לאחר כיול ספקטרומטר הסיבים האופטיים, באופן עקרוני, אביזרים אלה אינם יכולים להשתנות.

מבוא לפונקציות

סָרִיג

בחירת הסריגים תלויה בטווח הספקטרלי ובדרישות הרזולוציה. עבור ספקטרומטרים של סיבים אופטיים, הטווח הספקטרלי הוא בדרך כלל בין 200 ננומטר ל-2500 ננומטר. עקב הדרישה לרזולוציה גבוהה יחסית, קשה להשיג טווח ספקטרלי רחב; יחד עם זאת, ככל שדרישת הרזולוציה גבוהה יותר, כך שטף האור קטן יותר. עבור דרישות של רזולוציה נמוכה יותר וטווח ספקטרלי רחב יותר, סריגים של 300 קווים/מ"מ הם הבחירה הרגילה. אם נדרשת רזולוציה ספקטרלית גבוהה יחסית, ניתן להשיגה על ידי בחירת סריגים עם 3600 קווים/מ"מ, או בחירת גלאי עם רזולוציית פיקסלים גבוהה יותר.

סֶדֶק

חריץ צר יותר יכול לשפר את הרזולוציה, אך שטף האור קטן יותר; מצד שני, חריצים רחבים יותר יכולים להגביר את הרגישות, אך על חשבון הרזולוציה. בדרישות יישום שונות, נבחר רוחב החריץ המתאים כדי לייעל את תוצאת הבדיקה הכוללת.

בְּדִיקָה

הגלאי קובע במובנים מסוימים את הרזולוציה והרגישות של ספקטרומטר הסיבים האופטיים, האזור הרגיש לאור בגלאי מוגבל באופן עקרוני, הוא מחולק לפיקסלים קטנים רבים לרזולוציה גבוהה או מחולק לפיקסלים קטנים יותר אך גדולים יותר לרגישות גבוהה. באופן כללי, הרגישות של גלאי ה-CCD טובה יותר, כך שניתן להשיג רזולוציה טובה יותר ללא רגישות במידה מסוימת. בגלל הרגישות הגבוהה ורעש התרמי של גלאי InGaAs באינפרא אדום קרוב, ניתן לשפר ביעילות את יחס אות לרעש של המערכת באמצעות קירור.

פילטר אופטי

בגלל אפקט הדיפרקציה הרב-שלבית של הספקטרום עצמו, ניתן להפחית את ההפרעות של הדיפרקציה הרב-שלבית באמצעות מסנן. שלא כמו ספקטרומטרים קונבנציונליים, ספקטרומטרים של סיבים אופטיים מצופים על גבי הגלאי, וחלק זה של הפונקציה צריך להיות מותקן במפעל. במקביל, לציפוי יש גם תפקיד של מניעת השתקפות ומשפר את יחס אות לרעש של המערכת.

ביצועי הספקטרומטר נקבעים בעיקר על ידי הטווח הספקטרלי, הרזולוציה האופטית והרגישות. שינוי באחד מפרמטרים אלה ישפיע בדרך כלל על ביצועי הפרמטרים האחרים.

האתגר העיקרי של הספקטרומטר אינו למקסם את כל הפרמטרים בזמן הייצור, אלא לגרום לאינדיקטורים הטכניים של הספקטרומטר לעמוד בדרישות הביצועים עבור יישומים שונים בבחירת מרחב תלת-ממדי זו. אסטרטגיה זו מאפשרת לספקטרומטר לספק את רצון הלקוחות לקבלת תשואה מקסימלית בהשקעה מינימלית. גודל הקובייה תלוי באינדיקטורים הטכניים שהספקטרומטר צריך להשיג, וגודלה קשור למורכבות הספקטרומטר ולמחיר מוצר הספקטרומטר. מוצרי ספקטרומטר צריכים לעמוד במלואם בפרמטרים הטכניים הנדרשים על ידי הלקוחות.

טווח ספקטרלי

ספקטרומטריםעם טווח ספקטרלי קטן יותר בדרך כלל נותנים מידע ספקטרלי מפורט, בעוד שטווחים ספקטרליים גדולים בעלי טווח ויזואלי רחב יותר. לכן, הטווח הספקטרלי של הספקטרומטר הוא אחד הפרמטרים החשובים שיש לציין בבירור.

הגורמים המשפיעים על הטווח הספקטרלי הם בעיקר הסריגים והגלאי, והסריגים והגלאי המתאימים נבחרים בהתאם לדרישות שונות.

רְגִישׁוּת

אם כבר מדברים על רגישות, חשוב להבחין בין רגישות בפוטומטריה (עוצמת האות הקטנה ביותר ש...)ספקטרומטריכול לזהות) ורגישות בסטוכיומטריה (ההבדל הקטן ביותר בבליעה שספקטרומטר יכול למדוד).

א. רגישות פוטומטרית

עבור יישומים הדורשים ספקטרומטרים בעלי רגישות גבוהה, כגון פלואורסצנציה וראמאן, אנו ממליצים על ספקטרומטרים של סיבים אופטיים מקוררים תרמית של SEK עם גלאי CCD דו-ממדיים מקוררים תרמית בגודל 1024 פיקסלים, כמו גם עדשות עיבוי גלאים, מראות זהב וחריצים רחבים (100 מיקרומטר או יותר). דגם זה יכול להשתמש בזמני אינטגרציה ארוכים (מ-7 מילישניות עד 15 דקות) כדי לשפר את עוצמת האות, ויכול להפחית רעש ולשפר את הטווח הדינמי.

ב. רגישות סטוכיומטרית

על מנת לזהות שני ערכים של קצב ספיגה עם אמפליטודה קרובה מאוד, נדרשת לא רק רגישות הגלאי, אלא גם יחס אות לרעש. הגלאי בעל יחס אות לרעש הגבוה ביותר הוא גלאי CCD דו-ממדי מקורר תרמואלקטרי בן 1024 פיקסלים בספקטרומטר SEK עם יחס אות לרעש של 1000:1. ממוצע של תמונות ספקטרליות מרובות יכול גם לשפר את יחס אות לרעש, והגדלת המספר הממוצע תגרום ליחס אות לרעש לעלות במהירות שורש ריבועי, לדוגמה, ממוצע של פי 100 יכול להגדיל את יחס אות לרעש פי 10, ולהגיע ל-10,000:1.

הַחְלָטָה

רזולוציה אופטית היא פרמטר חשוב למדידת יכולת הפיצול האופטית. אם אתם זקוקים לרזולוציה אופטית גבוהה מאוד, אנו ממליצים לבחור סריג עם 1200 קווים/מ"מ או יותר, יחד עם חריץ צר וגלאי CCD של 2048 או 3648 פיקסלים.