Nøkkelord: VPH Solid-phase holografisk gitter, Transmittansspektrofotometer, Refleksjonsspektrometer, Czerny-Turner Optisk bane.
1.Oversikt
Det fiberoptiske spektrometeret kan klassifiseres som refleksjon og transmisjon, i henhold til type diffraksjonsgitter.Et diffraksjonsgitter er i utgangspunktet et optisk element, med et stort antall like fordelte mønstre enten på overflaten eller internt.Det er et fiberoptisk spektrometer for kritisk komponent.Når lyset samhandler med disse gitteret, spres det i distinkte vinkler bestemt av forskjellige bølgelengder gjennom et fenomen kjent som lysdiffraksjon.
Over: Diskrimineringsreflektansspektrometer (venstre) og transmittansspektrometer (høyre)
Diffraksjonsgitter er generelt klassifisert i to typer: refleksjons- og transmisjonsgitter.Refleksjonsgitter kan videre deles inn i plane refleksjonsgitter og konkave gitre, mens transmisjonsgitre kan deles inn i spor-type transmisjonsgitre og volumfase holografiske (VPH) transmisjonsgitre.Denne artikkelen introduserer hovedsakelig reflektansspektrometeret av typen plane blaze-gitter og VPH-gitter-transmittansspektrometeret.
Over: Refleksjonsgitter (venstre) og transmisjonsgitter (høyre).
Hvorfor velger de fleste spektrometre nå gitterdispersjon i stedet for prisme?Det er først og fremst bestemt av gitterets spektralprinsipper.Antall linjer per millimeter på gitteret (linjetetthet, enhet: linjer/mm) bestemmer gitterets spektrale evner.En høyere gitterlinjetetthet resulterer i større spredning av lys med forskjellige bølgelengder etter å ha passert gjennom gitteret, noe som fører til høyere optisk oppløsning.Vanligvis inkluderer tilgjengelige og gittersportettheter 75, 150, 300, 600, 900, 1200, 1800, 2400, 3600, etc., og oppfyller kravene til forskjellige spektralområder og oppløsninger.Mens prismespektroskopi er begrenset av spredning av glassmaterialer, hvor den dispersive egenskapen til glass bestemmer prismets spektroskopiske evne.Siden de dispersive egenskapene til glassmaterialer er begrenset, er det utfordrende å fleksibelt møte kravene til ulike spektrale applikasjoner.Derfor brukes den sjelden i kommersielle fiberoptiske miniatyrspektrometre.
Bildetekst: Spektraleffekter av ulike ristrilletettheter i diagrammet ovenfor.
Figuren viser dispersjonsspektrometri av hvitt lys gjennom glass og diffraksjonsspektrometri gjennom et gitter.
Utviklingshistorien til rister starter med det klassiske «Youngs dobbelspalteeksperiment»: I 1801 oppdaget den britiske fysikeren Thomas Young interferensen av lys ved hjelp av et dobbeltspalteeksperiment.Monokromatisk lys som passerte gjennom doble spalter viste vekslende lyse og mørke frynser.Dobbelspalteeksperimentet validerte først at lys viser egenskaper som ligner på vannbølger (lysets bølgenatur), noe som forårsaker en sensasjon i fysikksamfunnet.Deretter utførte flere fysikere interferenseksperimenter med flere spalter og observerte diffraksjonsfenomenet lys gjennom gitter.Senere utviklet den franske fysikeren Fresnel den grunnleggende teorien om gitterdiffraksjon ved å kombinere de matematiske teknikkene som ble fremsatt av den tyske forskeren Huygens, med utgangspunkt i disse resultatene.
Figuren viser Youngs dobbeltspalteinterferens til venstre, med vekslende lyse og mørke frynser.Multi-spaltdiffraksjon (høyre), fordeling av fargede bånd i forskjellige rekkefølger.
2. Reflekterende spektrometer
Refleksjonsspektrometrene bruker typisk en optisk bane som består av et plan diffraksjonsgitter og konkave speil, referert til som den optiske Czerny-Turner-banen.Den består vanligvis av en spalte, et plan branngitter, to konkave speil og en detektor.Denne konfigurasjonen er preget av høy oppløsning, lite strølys og høy optisk gjennomstrømning.Etter at lyssignalet kommer inn gjennom en smal spalte, blir det først kollimert til en parallell stråle av en konkav reflektor, som deretter treffer et plant diffraktivt gitter der de inngående bølgelengdene blir diffraktert i distinkte vinkler.Til slutt fokuserer en konkav reflektor det diffrakterte lyset på en fotodetektor, og signalene med forskjellige bølgelengder registreres av piksler på forskjellige posisjoner på fotodiodebrikken, og genererer til slutt et spektrum.Vanligvis inkluderer et refleksjonsspektrometer også noen andreordens diffraksjonsundertrykkende filtre og kolonnelinser for å forbedre kvaliteten på utgangsspektrene.
Figuren viser et kryss-type CT optisk banegitterspektrometer.
Det bør nevnes at Czerny og Turner ikke er oppfinnerne av dette optiske systemet, men minnes for deres fremragende bidrag til optikkfeltet – den østerrikske astronomen Adalbert Czerny og den tyske vitenskapsmannen Rudolf W. Turner.
Den optiske Czerny-Turner-banen kan generelt klassifiseres i to typer: krysset og utfoldet (M-type).Den kryssede optiske banen/M-type optiske banen er en mer kompakt.Her viser den venstre-høyre symmetriske fordelingen av to konkave speil i forhold til plangitteret gjensidig kompensasjon av avvik utenfor aksen, noe som resulterer i høyere optisk oppløsning.SpectraCheck® SR75C fiberoptisk spektrometer bruker en M-type optisk bane, oppnår høy optisk oppløsning opptil 0,15 nm i det ultrafiolette området 180-340 nm.
Over: Krysstype optisk bane/utvidet type (M-type) optisk bane.
I tillegg er det, bortsett fra flate flammerister, også et konkavt flammerister.Det konkave blasristen kan forstås som en kombinasjon av et konkavt speil og et gitter.Derfor består et konkavt flammegitterspektrometer kun av en spalte, et konkavt flammegitter og en detektor, noe som resulterer i høy stabilitet.Imidlertid satte det konkave flammegitteret krav til både retningen og avstanden til innfallende diffraktert lys, noe som begrenser de tilgjengelige alternativene.
Over: Konkavt gitterspektrometer.
Innleggstid: 26. desember 2023