Glasfaserspektrometer verwenden üblicherweise Glasfaser als Signalkoppler, der zur Spektralanalyse photometrisch mit dem Spektrometer gekoppelt wird. Dank der praktischen Glasfasertechnologie können Anwender ein Spektrumerfassungssystem sehr flexibel aufbauen.
Der Vorteil faseroptischer Spektrometer liegt in der Modularität und Flexibilität des Messsystems. Die Mikrooptisches FaserspektrometerDas von MUT in Deutschland entwickelte Verfahren ist so schnell, dass es für Online-Analysen eingesetzt werden kann. Durch den Einsatz kostengünstiger Universaldetektoren werden die Kosten des Spektrometers und damit auch die Kosten des gesamten Messsystems reduziert.
Die Grundkonfiguration eines 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 präzisen Kombination und Kalibrierung dieser Komponenten ab. Nach der Kalibrierung des faseroptischen Spektrometers dürfen diese Zubehörteile grundsätzlich nicht mehr verändert 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 erreichen. Gleichzeitig sinkt der Lichtstrom, je höher die Auflösungsanforderung ist. Bei Anforderungen an eine niedrigere Auflösung und einen breiteren Spektralbereich wird üblicherweise ein Gitter mit 300 Linien/mm gewählt. Ist eine relativ hohe spektrale Auflösung erforderlich, kann diese durch die Wahl eines Gitters mit 3600 Linien/mm oder eines Detektors mit höherer Pixelauflösung erreicht werden.
Schlitz
Ein schmalerer Spalt kann die Auflösung verbessern, der Lichtstrom ist jedoch geringer. Breitere Spaltweiten können hingegen die Empfindlichkeit erhöhen, allerdings auf Kosten der Auflösung. Je nach Anwendungsanforderung wird die passende Spaltbreite gewählt, um das Gesamttestergebnis zu optimieren.
Sonde
Der Detektor bestimmt maßgeblich die Auflösung und Empfindlichkeit des faseroptischen Spektrometers. Der lichtempfindliche Bereich des Detektors ist grundsätzlich begrenzt und wird für eine hohe Auflösung in viele kleine Pixel oder für eine hohe Empfindlichkeit in weniger, aber größere Pixel unterteilt. Die Empfindlichkeit des CCD-Detektors ist im Allgemeinen höher, sodass eine höhere Auflösung ohne nennenswerte Empfindlichkeit erreicht werden kann. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit und des thermischen Rauschens des InGaAs-Detektors im Nahinfrarotbereich kann das Signal-Rausch-Verhältnis des Systems durch Kühlung effektiv verbessert werden.
Optischer Filter
Aufgrund des mehrstufigen Beugungseffekts des Spektrums selbst können die Interferenzen der mehrstufigen Beugung durch den Einsatz des Filters reduziert werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Spektrometern verfügen faseroptische Spektrometer über eine Beschichtung am Detektor, die werkseitig eingebaut werden muss. Gleichzeitig dient die Beschichtung als Antireflexionsschicht 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 eines dieser Parameter wirkt sich in der Regel auf die Leistung der anderen Parameter aus.
Die größte Herausforderung bei der Herstellung eines Spektrometers besteht nicht darin, alle Parameter optimal zu nutzen, sondern die technischen Parameter so anzupassen, dass sie den Leistungsanforderungen verschiedener Anwendungen in diesem dreidimensionalen Raum entsprechen. Diese Strategie ermöglicht es dem Spektrometer, Kundenwünsche mit maximaler Rendite bei minimaler Investition zu erfüllen. Die Größe des Würfels richtet sich nach den technischen Parametern, die das Spektrometer erreichen muss, und ist mit der Komplexität des Spektrometers und dem Preis des Spektrometerprodukts verknüpft. Spektrometerprodukte sollten die technischen Anforderungen der Kunden vollständig erfüllen.
Spektralbereich
Spektrometermit einem kleineren Spektralbereich liefern in der Regel detaillierte spektrale Informationen, während große Spektralbereiche einen breiteren sichtbaren Bereich aufweisen. Daher ist der Spektralbereich des Spektrometers einer der wichtigen Parameter, der klar angegeben werden muss.
Die Faktoren, die den Spektralbereich beeinflussen, sind hauptsächlich Gitter und Detektor, und das entsprechende Gitter und der entsprechende Detektor werden entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen ausgewählt.
Empfindlichkeit
Wenn wir von der Empfindlichkeit sprechen, müssen wir zwischen der Empfindlichkeit in der Photometrie (die kleinste Signalstärke, die einSpektrometererkennen kann) und Empfindlichkeit in der Stöchiometrie (der kleinste Unterschied in der Absorption, den ein Spektrometer messen kann).
a. Photometrische Empfindlichkeit
Für Anwendungen, die hochempfindliche Spektrometer erfordern, wie z. B. Fluoreszenz- und Raman-Spektrometer, empfehlen wir thermogekühlte optische Faserspektrometer von SEK mit thermogekühlten 1024-Pixel-CCD-Detektoren mit zweidimensionalem Array sowie Detektor-Kondensorlinsen, Goldspiegeln und breiten Schlitzen (100 μm oder breiter). Dieses Modell ermöglicht lange Integrationszeiten (von 7 Millisekunden bis 15 Minuten), um die Signalstärke zu verbessern, Rauschen zu reduzieren und den Dynamikbereich zu verbessern.
b. Stöchiometrische Empfindlichkeit
Um zwei Absorptionsraten mit sehr nahe beieinanderliegenden Amplituden zu erfassen, ist nicht nur die Empfindlichkeit des Detektors, sondern auch das Signal-Rausch-Verhältnis entscheidend. Der Detektor mit dem höchsten Signal-Rausch-Verhältnis ist der thermoelektrisch gekühlte 1024-Pixel-Zweidimensional-Array-CCD-Detektor im SEK-Spektrometer mit einem Signal-Rausch-Verhältnis von 1000:1. Auch die Mittelung mehrerer Spektralbilder kann das Signal-Rausch-Verhältnis verbessern. Eine Erhöhung der Mittelung führt zu einem Anstieg des Signal-Rausch-Verhältnisses mit der Quadratwurzelgeschwindigkeit. Beispielsweise kann eine Mittelung um das Hundertfache das Signal-Rausch-Verhältnis um das Zehnfache auf 10.000:1 erhöhen.
Auflösung
Die optische Auflösung ist ein wichtiger Parameter zur Messung der optischen Spaltungsfähigkeit. Wenn Sie eine sehr hohe optische Auflösung benötigen, empfehlen wir Ihnen ein Gitter mit 1200 Linien/mm oder mehr, einen schmalen Spalt und einen CCD-Detektor mit 2048 oder 3648 Pixeln.
Veröffentlichungszeit: 27. Juli 2023