Artikkel 2: Hva er et fiberoptisk spektrometer, og hvordan velger du riktig spalte og fiber?
Fiberoptiske spektrometre representerer for tiden den dominerende klassen av spektrometre.Denne kategorien spektrometer muliggjør overføring av optiske signaler gjennom en fiberoptisk kabel, ofte kalt en fiberoptisk jumper, som letter økt fleksibilitet og bekvemmelighet i spektralanalyse og systemkonfigurasjon.I motsetning til konvensjonelle store laboratoriespektrometre utstyrt med brennvidder som typisk strekker seg fra 300 mm til 600 mm og som bruker skanningsgitter, bruker fiberoptiske spektrometre faste gitter, noe som eliminerer behovet for roterende motorer.Brennviddene til disse spektrometrene er vanligvis i området 200 mm, eller de kan være enda kortere, til 30 mm eller 50 mm.Disse instrumentene er svært kompakte i størrelse og blir ofte referert til som fiberoptiske miniatyrspektrometre.
Miniatyrfiberspektrometer
Et fiberoptisk miniatyrspektrometer er mer populært i bransjer på grunn av dets kompakthet, kostnadseffektivitet, raske deteksjonsevner og bemerkelsesverdige fleksibilitet.Det fiberoptiske miniatyrspektrometeret omfatter typisk en spalte, konkavt speil, gitter, CCD/CMOS-detektor og tilhørende drivkretser.Den er koblet til vertsdatamaskinens (PC) programvare via enten en USB-kabel eller seriell kabel for å fullføre innsamlingen av spektraldata.
Fiberoptisk spektrometerstruktur
Det fiberoptiske spektrometeret er utstyrt med en fibergrensesnittadapter, gir en sikker tilkobling for optisk fiber.SMA-905 fibergrensesnitt brukes i de fleste fiberoptiske spektrometre, men noen applikasjoner krever FC/PC eller ikke-standard fibergrensesnitt, for eksempel det sylindriske flerkjerne fibergrensesnittet med en diameter på 10 mm.
SMA905 fibergrensesnitt (svart), FC/PC fibergrensesnitt (gult).Det er et spor på FC/PC-grensesnittet for posisjonering.
Det optiske signalet, etter å ha passert gjennom den optiske fiberen, vil først gå gjennom en optisk spalte.Miniatyrspektrometrene bruker vanligvis ikke-justerbare spalter, hvor spaltebredden er fast.Mens JINSP fiberoptisk spektrometer tilbyr standard spaltebredder på 10μm, 25μm, 50μm, 100μm og 200μm i forskjellige spesifikasjoner, og tilpasninger er også tilgjengelige i henhold til brukerkrav.
Endringen i spaltebredder kan vanligvis påvirke lysfluks og optisk oppløsning, disse to parameterne viser et avveiningsforhold.Smalere spaltebredde, høyere optisk oppløsning, om enn på bekostning av redusert lysstrøm.Det er viktig å merke seg at utvidelse av spalten for å øke lysstrømmen har begrensninger eller er ikke-lineær.Tilsvarende har reduksjon av spalten begrensninger på oppnåelig oppløsning.Brukere må vurdere og velge passende spalte i samsvar med deres faktiske krav, for eksempel å prioritere lysfluks eller optisk oppløsning.I denne forbindelse inkluderer den tekniske dokumentasjonen for JINSP fiberoptiske spektrometre en omfattende tabell som korrelerer spaltebredder med deres tilsvarende oppløsningsnivåer, og fungerer som en verdifull referanse for brukere.
Et smalt gap
Sammenligningstabell for spalteoppløsning
Når brukerne setter opp et spektrometersystem, må de velge passende optiske fibre for å motta og sende signaler til spektrometerets spalteposisjon.Tre viktige parametere må tas i betraktning ved valg av optiske fibre.Den første parameteren er kjernediameteren, som er tilgjengelig i en rekke muligheter, inkludert 5μm, 50μm, 105μm, 200μm, 400μm, 600μm og enda større diametre utover 1mm.Det er viktig å merke seg at å øke kjernediameteren kan øke energien som mottas ved frontenden av den optiske fiberen.Bredden på spalten og høyden på CCD/CMOS-detektoren begrenser imidlertid de optiske signalene som spektrometeret kan motta.Så økende kjernediameter forbedrer ikke nødvendigvis følsomheten.Brukere bør velge riktig kjernediameter basert på den faktiske systemkonfigurasjonen.For B&W Teks spektrometre som bruker lineære CMOS-detektorer i modeller som SR50C og SR75C, med en 50 μm spaltekonfigurasjon, anbefales det å bruke en optisk fiber med en kjernediameter på 200 μm for signalmottak.For spektrometre med interne CCD-detektorer i modeller som SR100B og SR100Z, kan det være egnet å vurdere tykkere optiske fibre, for eksempel 400μm eller 600μm, for signalmottak.
Ulike optiske fiberdiametre
Fiberoptisk signal koblet til spalten
Det andre aspektet er driftsbølgelengdeområdet og materialene til optiske fibre.Optiske fibermaterialer inkluderer vanligvis høy-OH (høy hydroksyl), lav-OH (lav hydroksyl) og UV-bestandige fibre.Ulike materialer har forskjellige bølgelengdetransmisjonsegenskaper.Optiske fibre med høy OH brukes vanligvis i området for ultrafiolett/synlig lys (UV/VIS), mens fibre med lav OH brukes i nær-infrarødt (NIR) område.For det ultrafiolette området bør spesielle UV-bestandige fibre vurderes.Brukere bør velge riktig optisk fiber basert på deres driftsbølgelengde.
Det tredje aspektet er den numeriske aperturverdien (NA) til optiske fibre.På grunn av emisjonsprinsippene til optiske fibre, er det utsendte lyset fra fiberenden begrenset innenfor et visst divergensvinkelområde, som er preget av NA-verdien.Multi-modus optiske fibre har generelt NA-verdier på 0,1, 0,22, 0,39 og 0,5 som vanlige alternativer.Tar man de vanligste 0,22 NA som eksempel, betyr det at punktdiameteren til fiberen etter 50 mm er ca. 22 mm, og etter 100 mm er diameteren 44 mm.Når de designer et spektrometer, vurderer produsenter vanligvis å matche den optiske fiberens NA-verdi så tett som mulig for å sikre maksimal energimottak.I tillegg er NA-verdien til den optiske fiberen relatert til koblingen av linser i frontenden av fiberen.NA-verdien til linsen bør også tilpasses så nært som mulig til NA-verdien til fiberen for å unngå signaltap.
NA-verdien til den optiske fiberen bestemmer divergensvinkelen til den optiske strålen
Når optiske fibre brukes sammen med linser eller konkave speil, bør NA-verdien matches så tett som mulig for å unngå energitap
Fiberoptiske spektrometre mottar lyset i vinkler bestemt av deres NA-verdi (numerisk blenderåpning).Det innfallende signalet vil bli utnyttet fullt ut hvis NA til det innfallende lyset er mindre enn eller lik det spektrometerets NA.Energitap oppstår når NA for innfallende lys er større enn NA for spektrometer.I tillegg til fiberoptisk overføring kan optisk kobling med ledig plass brukes til å samle lyssignaler.Dette innebærer å konvergere parallelt lys inn i en spalte ved hjelp av linser.Når du bruker optiske baner med ledig plass, er det viktig å velge passende linser med en NA-verdi som samsvarer med spektrometerets, samtidig som du sørger for at spektrometerets spalte er plassert i fokus på linsen for å oppnå maksimal lysstrøm.
Fri plass optisk kobling
Innleggstid: 13. desember 2023