Die Funktion des Glasfaserspektrometers

Optische Faserspektrometer verwenden üblicherweise optische Fasern als Signalkoppler, die zur Spektralanalyse photometrisch an das Spektrometer gekoppelt werden. Aufgrund der Bequemlichkeit von Glasfasern können Benutzer ein Spektrumerfassungssystem sehr flexibel aufbauen.

Der Vorteil faseroptischer Spektrometer liegt in der Modularität und Flexibilität des Messsystems. Das Mikrooptisches Faserspektrometervon MUT in Deutschland ist so schnell, dass es für Online-Analysen genutzt werden kann. Und durch den Einsatz kostengünstiger Universaldetektoren sinken die Kosten des Spektrometers und damit die Kosten des gesamten Messsystems

Der Grundaufbau des faseroptischen Spektrometers besteht aus einem Gitter, einem Spalt und einem Detektor. Die Parameter dieser Komponenten müssen beim Kauf eines Spektrometers angegeben werden. Die Leistung des Spektrometers hängt von der genauen Kombination und Kalibrierung dieser Komponenten ab. Nach der Kalibrierung des optischen Faserspektrometers können an diesem Zubehör grundsätzlich keine Änderungen vorgenommen werden.

Funktionseinführung

Gitter

Die Wahl des Gitters hängt vom Spektralbereich und den Auflösungsanforderungen ab. Bei faseroptischen Spektrometern liegt der Spektralbereich üblicherweise zwischen 200 nm und 2500 nm. Aufgrund der Anforderung einer relativ hohen Auflösung ist es schwierig, einen breiten Spektralbereich zu erhalten; Gleichzeitig gilt: Je höher die Auflösungsanforderung, desto geringer der Lichtstrom. Für die Anforderungen einer geringeren Auflösung und eines größeren Spektralbereichs ist ein 300-Linien-/mm-Gitter die übliche Wahl. Wenn eine relativ hohe spektrale Auflösung erforderlich ist, kann dies durch die Wahl eines Gitters mit 3600 Linien/mm oder durch die Wahl eines Detektors mit höherer Pixelauflösung erreicht werden.

Schlitz

Der schmalere Spalt kann die Auflösung verbessern, aber der Lichtstrom ist geringer; Andererseits können breitere Schlitze die Empfindlichkeit erhöhen, allerdings auf Kosten der Auflösung. Bei unterschiedlichen Anwendungsanforderungen wird die passende Schlitzbreite ausgewählt, um das gesamte Testergebnis zu optimieren.

Sonde

Der Detektor bestimmt in gewisser Weise die Auflösung und Empfindlichkeit des faseroptischen Spektrometers. Der lichtempfindliche Bereich auf dem Detektor ist grundsätzlich begrenzt, er ist für eine hohe Auflösung in viele kleine Pixel oder für eine hohe Empfindlichkeit in weniger, aber größere Pixel unterteilt. Im Allgemeinen ist die Empfindlichkeit des CCD-Detektors besser, sodass Sie bis zu einem gewissen Grad eine bessere Auflösung ohne Empfindlichkeit erzielen können. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit und des thermischen Rauschens des InGaAs-Detektors im nahen Infrarot kann das Signal-Rausch-Verhältnis des Systems durch Kühlung effektiv verbessert werden.

Optischer Filter

Aufgrund der mehrstufigen Beugungswirkung des Spektrums selbst kann die Interferenz der mehrstufigen Beugung durch den Einsatz des Filters reduziert werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Spektrometern ist der Detektor bei faseroptischen Spektrometern beschichtet, und dieser Teil der Funktion muss im Werk installiert werden. Gleichzeitig hat die Beschichtung auch die Funktion einer Antireflexion und verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis des Systems.

Die Leistung des Spektrometers wird hauptsächlich durch den Spektralbereich, die optische Auflösung und die Empfindlichkeit bestimmt. Eine Änderung an einem dieser Parameter wirkt sich normalerweise auf die Leistung der anderen Parameter aus.

Die größte Herausforderung des Spektrometers besteht nicht darin, alle Parameter zum Zeitpunkt der Herstellung zu maximieren, sondern darin, die technischen Indikatoren des Spektrometers den Leistungsanforderungen für verschiedene Anwendungen in dieser dreidimensionalen Raumauswahl gerecht zu machen. Diese Strategie ermöglicht es dem Spektrometer, Kunden zufrieden zu stellen und maximale Rendite bei minimaler Investition zu erzielen. Die Größe des Würfels hängt von den technischen Indikatoren ab, die das Spektrometer erreichen muss, und seine Größe hängt von der Komplexität des Spektrometers und dem Preis des Spektrometerprodukts ab. Spektrometerprodukte sollten die von den Kunden geforderten technischen Parameter vollständig erfüllen.

Spektralbereich

Spektrometermit einem kleineren Spektralbereich liefern in der Regel detaillierte spektrale Informationen, wohingegen große Spektralbereiche eine größere visuelle Reichweite haben. Daher ist der Spektralbereich des Spektrometers einer der wichtigen Parameter, die klar spezifiziert werden müssen.

Die Faktoren, die den Spektralbereich beeinflussen, sind hauptsächlich Gitter und Detektor, und die entsprechenden Gitter und Detektoren werden entsprechend unterschiedlichen Anforderungen ausgewählt.

Empfindlichkeit

Apropos Empfindlichkeit: Es ist wichtig, zwischen der Empfindlichkeit in der Photometrie (der kleinsten Signalstärke, die aSpektrometerdetektieren kann) und Empfindlichkeit in der Stöchiometrie (der kleinste Absorptionsunterschied, den ein Spektrometer messen kann).

A. Photometrische Empfindlichkeit

Für Anwendungen, die hochempfindliche Spektrometer erfordern, wie z. B. Fluoreszenz und Raman, empfehlen wir thermogekühlte optische Faserspektrometer von SEK mit thermogekühlten zweidimensionalen 1024-Pixel-CCD-Array-Detektoren sowie Detektor-Kondensationslinsen, Goldspiegeln und breiten Schlitzen ( 100μm oder breiter). Dieses Modell kann lange Integrationszeiten (von 7 Millisekunden bis 15 Minuten) nutzen, um die Signalstärke zu verbessern, Rauschen zu reduzieren und den Dynamikbereich zu verbessern.

B. Stöchiometrische Empfindlichkeit

Um zwei Werte der Absorptionsrate mit sehr nahe beieinander liegender Amplitude zu erfassen, ist nicht nur die Empfindlichkeit des Detektors erforderlich, sondern auch das Signal-Rausch-Verhältnis. Der Detektor mit dem höchsten Signal-Rausch-Verhältnis ist der thermoelektrische gekühlte 1024-Pixel-CCD-Detektor mit zweidimensionalem Array im SEK-Spektrometer mit einem Signal-Rausch-Verhältnis von 1000:1. Der Durchschnitt mehrerer Spektralbilder kann auch das Signal-Rausch-Verhältnis verbessern, und die Erhöhung der Durchschnittszahl führt dazu, dass sich das Signal-Rausch-Verhältnis mit der Quadratwurzelgeschwindigkeit erhöht, beispielsweise um den Durchschnitt um das 100-fache Erhöhen Sie das Signal-Rausch-Verhältnis um das Zehnfache und erreichen Sie 10.000:1.

Auflösung

Die optische Auflösung ist ein wichtiger Parameter zur Messung der optischen Aufspaltungsfähigkeit. Wenn Sie eine sehr hohe optische Auflösung benötigen, empfehlen wir die Wahl eines Gitters mit 1200 Linien/mm oder mehr, zusammen mit einem schmalen Spalt und einem CCD-Detektor mit 2048 oder 3648 Pixeln.