Artikkel 2: Mis on fiiberoptiline spektromeeter ja kuidas valida sobiv pilu ja kiud?
Kiudoptilised spektromeetrid esindavad praegu valdavat spektromeetrite klassi.See spektromeetri kategooria võimaldab edastada optilisi signaale läbi fiiberoptilise kaabli, mida sageli nimetatakse fiiberoptiliseks hüppajaks, mis hõlbustab spektraalanalüüsi ja süsteemi konfigureerimise suuremat paindlikkust ja mugavust.Erinevalt tavapärastest suurtest laborispektromeetritest, mille fookuskaugus on tavaliselt vahemikus 300–600 mm ja mis kasutavad skaneerivaid võre, kasutavad fiiberoptilised spektromeetrid fikseeritud võreid, mis välistab vajaduse pöörlevate mootorite järele.Nende spektromeetrite fookuskaugused on tavaliselt vahemikus 200 mm või võivad olla isegi lühemad, kuni 30 mm või 50 mm.Need instrumendid on väga kompaktsete mõõtmetega ja neid nimetatakse tavaliselt miniatuurseteks fiiberoptilisteks spektromeetriteks.
Miniatuurne kiudspektromeeter
Miniatuurne fiiberoptiline spektromeeter on oma kompaktsuse, kulutõhususe, kiire tuvastamisvõimaluse ja märkimisväärse paindlikkuse tõttu tööstusharudes populaarsem.Miniatuurne fiiberoptiline spektromeeter koosneb tavaliselt pilust, nõguspeeglist, võrest, CCD/CMOS-detektorist ja sellega seotud ajamahelast.See on spektraalandmete kogumise lõpuleviimiseks ühendatud hostarvuti (PC) tarkvaraga USB- või jadakaabli kaudu.
Kiudoptilise spektromeetri struktuur
Fiiberoptiline spektromeeter on varustatud fiiberoptilise liidese adapteriga, tagab turvalise ühenduse optilise kiu jaoks.SMA-905 kiudliideseid kasutatakse enamikus fiiberoptilistes spektromeetrites, kuid mõned rakendused nõuavad FC/PC või mittestandardseid kiudliideseid, näiteks 10 mm läbimõõduga silindrilist mitmetuumalist kiuliidest.
SMA905 kiudliides (must), FC/PC kiudliides (kollane).Positsioneerimiseks on FC/PC liidesel pesa.
Pärast optilise kiu läbimist läbib optiline signaal kõigepealt optilise pilu.Miniatuursed spektromeetrid kasutavad tavaliselt mittereguleeritavaid pilusid, kus pilu laius on fikseeritud.Arvestades, et JINSP fiiberoptiline spektromeeter pakub standardseid pilu laiuseid 10 μm, 25 μm, 50 μm, 100 μm ja 200 μm erinevates spetsifikatsioonides ning kohandamised on saadaval ka vastavalt kasutaja nõudmistele.
Pilu laiuse muutus võib tavaliselt mõjutada valgusvoogu ja optilist eraldusvõimet, need kaks parameetrit näitavad kompromissi.Mida kitsam on pilu laius, seda suurem on optiline eraldusvõime, kuigi valgusvoo vähenemise arvelt.Oluline on märkida, et pilu laiendamisel valgusvoo suurendamiseks on piiranguid või see on mittelineaarne.Samamoodi piirab pilu vähendamine saavutatavat eraldusvõimet.Kasutajad peavad hindama ja valima sobiva pilu vastavalt oma tegelikele nõuetele, näiteks eelistama valgusvoogu või optilist eraldusvõimet.Sellega seoses sisaldab JINSP fiiberoptiliste spektromeetrite tehniline dokumentatsioon põhjalikku tabelit, mis korreleerib pilu laiusi vastavate eraldusvõime tasemetega, mis on kasutajatele väärtuslik viide.
Kitsas vahe
Pilu-eraldusvõime võrdlustabel
Spektromeetrisüsteemi seadistamisel peavad kasutajad valima signaalide vastuvõtmiseks ja edastamiseks spektromeetri piluasendisse sobivad optilised kiud.Optiliste kiudude valimisel tuleb arvesse võtta kolme olulist parameetrit.Esimene parameeter on südamiku läbimõõt, mis on saadaval mitmesugustes võimalustes, sealhulgas 5 μm, 50 μm, 105 μm, 200 μm, 400 μm, 600 μm ja isegi suuremad läbimõõdud üle 1 mm.Oluline on märkida, et südamiku läbimõõdu suurendamine võib suurendada optilise kiu esiotsa vastuvõetavat energiat.Kuid pilu laius ja CCD/CMOS-detektori kõrgus piiravad optilisi signaale, mida spektromeeter saab vastu võtta.Seega ei paranda südamiku läbimõõdu suurendamine tingimata tundlikkust.Kasutajad peaksid valima sobiva südamiku läbimõõdu, lähtudes süsteemi tegelikust konfiguratsioonist.B&W Teki spektromeetrite puhul, mis kasutavad lineaarseid CMOS-detektoreid sellistes mudelites nagu SR50C ja SR75C ning mille pilu konfiguratsioon on 50 μm, on signaali vastuvõtmiseks soovitatav kasutada 200 μm südamiku läbimõõduga optilist kiudu.Siseala CCD-detektoriga spektromeetrite puhul mudelites SR100B ja SR100Z võib signaali vastuvõtmiseks sobida paksemate optiliste kiududega, näiteks 400 μm või 600 μm.
Erinevad optiliste kiudude läbimõõdud
Kiudoptiline signaal, mis on ühendatud piluga
Teine aspekt on optiliste kiudude töölainepikkuste vahemik ja materjalid.Optiliste kiudude materjalide hulka kuuluvad tavaliselt kõrge OH-sisaldusega (kõrge hüdroksüülrühma), madala hüdroksüülrühmaga (madala hüdroksüülrühmaga) ja UV-kindlad kiud.Erinevatel materjalidel on erinevad lainepikkuse ülekandeomadused.Kõrge OH-sisaldusega optilisi kiude kasutatakse tavaliselt ultraviolett-/nähtava valguse (UV/VIS) vahemikus, madala OH-sisaldusega kiude aga lähiinfrapuna (NIR) vahemikus.Ultraviolettkiirguse vahemiku puhul tuleks kaaluda spetsiaalsete UV-kindlate kiudude kasutamist.Kasutajad peaksid valima sobiva optilise kiu töölainepikkuse alusel.
Kolmas aspekt on optiliste kiudude arvava (NA) väärtus.Tulenevalt optiliste kiudude emissioonipõhimõtetest on kiu otsast kiiratav valgus piiratud teatud lahknemisnurga vahemikku, mida iseloomustab NA väärtus.Mitmemoodiliste optiliste kiudude NA väärtused on tavaliselt 0,1, 0,22, 0,39 ja 0,5.Võttes näiteks kõige tavalisema 0,22 NA, tähendab see, et kiu täpiläbimõõt pärast 50 mm on ligikaudu 22 mm ja pärast 100 mm on läbimõõt 44 mm.Spektromeetri projekteerimisel kaaluvad tootjad tavaliselt optilise kiu NA väärtuse võimalikult täpset sobitamist, et tagada maksimaalne energia vastuvõtt.Lisaks on optilise kiu NA väärtus seotud kiu esiotsa läätsede ühendamisega.Signaali kadumise vältimiseks tuleks läätse NA väärtus ka võimalikult täpselt sobitada kiu NA väärtusega.
Optilise kiu NA väärtus määrab valguskiire lahknemisnurga
Kui optilisi kiude kasutatakse koos läätsede või nõguspeeglitega, tuleb NA väärtus energiakadude vältimiseks võimalikult täpselt sobitada
Kiudoptilised spektromeetrid võtavad valgust vastu nende NA (Numerical Aperture) väärtusega määratud nurkade all.Langev signaal kasutatakse täielikult ära, kui langeva valguse NA on selle spektromeetri NA-st väiksem või sellega võrdne.Energiakadu tekib siis, kui langeva valguse NA on suurem kui spektromeetri NA.Lisaks fiiberoptilisele ülekandele saab valgussignaalide kogumiseks kasutada vaba ruumi optilist sidestust.See hõlmab paralleelse valguse koondumist piluks, kasutades läätsi.Vaba ruumi optiliste radade kasutamisel on oluline valida sobivad läätsed, mille NA väärtus ühtib spektromeetri omaga, tagades samal ajal ka spektromeetri pilu maksimaalse valgusvoo saavutamiseks objektiivi fookuse kohas.
Vaba ruumi optiline ühendus
Postitusaeg: 13. detsember 2023