Nyckelord: VPH Holografiskt gitter i fast fas, Transmittansspektrofotometer, Reflektansspektrometer, Czerny-Turner Optisk väg.
1.Översikt
Den fiberoptiska spektrometern kan klassificeras som reflektion och transmission, beroende på typ av diffraktionsgittret.Ett diffraktionsgitter är i grunden ett optiskt element, som har ett stort antal mönster med lika mellanrum, antingen på ytan eller internt.Det är en fiberoptisk spektrometer för kritisk komponent.När ljuset interagerar med dessa gitter, sprids det till distinkta vinklar som bestäms av olika våglängder genom ett fenomen som kallas ljusdiffraktion.
Ovan: Diskrimineringsreflektansspektrometer (vänster) och transmittansspektrometer (höger)
Diffraktionsgitter klassificeras generellt i två typer: reflektionsgitter och transmissionsgitter.Reflektionsgitter kan vidare delas in i plana reflektionsgitter och konkava gitter, medan transmissionsgitter kan delas in i transmissionsgitter av spårtyp och volymfasholografiska (VPH) transmissionsgitter.Den här artikeln introducerar huvudsakligen reflektansspektrometern av plan flammande gittertyp och transmittansspektrometern av VPH-gittertyp.
Ovan: Reflexgitter (vänster) och transmissionsgitter (höger).
Varför väljer de flesta spektrometrar nu gitterdispersion istället för prisma?Det bestäms i första hand av gittrets spektrala principer.Antalet linjer per millimeter på gittret (linjetäthet, enhet: linjer/mm) bestämmer gittrets spektrala kapacitet.En högre gitterlinjedensitet resulterar i större spridning av ljus av olika våglängder efter att ha passerat genom gittret, vilket leder till högre optisk upplösning.I allmänhet inkluderar tillgängliga och gallerspårdensiteter 75, 150, 300, 600, 900, 1200, 1800, 2400, 3600, etc., vilket uppfyller kraven för olika spektralområden och upplösningar.Medan prismaspektroskopi begränsas av spridningen av glasmaterial, där glasets dispersiva egenskap bestämmer prismats spektroskopiska förmåga.Eftersom dispersiva egenskaper hos glasmaterial är begränsade är det utmanande att flexibelt möta kraven för olika spektrala applikationer.Därför används den sällan i kommersiella fiberoptiska miniatyrspektrometrar.
Bildtext: Spektraleffekter av olika gallerspårdensiteter i diagrammet ovan.
Figuren visar dispersionsspektrometri av vitt ljus genom glas och diffraktionsspektrometri genom ett gitter.
Gitters utvecklingshistoria börjar med det klassiska "Youngs dubbelslitsexperiment": 1801 upptäckte den brittiske fysikern Thomas Young ljusets interferens med hjälp av ett dubbelslitsexperiment.Monokromatiskt ljus som passerade genom dubbla slitsar uppvisade omväxlande ljusa och mörka fransar.Dubbelslitsexperimentet validerade först att ljus uppvisar egenskaper som liknar vattenvågor (ljusets vågnatur), vilket orsakar en sensation i fysiksamhället.Därefter genomförde flera fysiker interferensexperiment med flera spalter och observerade diffraktionsfenomenet med ljus genom gitter.Senare utvecklade den franske fysikern Fresnel den grundläggande teorin om gitterdiffraktion genom att kombinera de matematiska tekniker som den tyske forskaren Huygens lade fram, utifrån dessa resultat.
Figuren visar Youngs dubbelslitsinterferens till vänster, med omväxlande ljusa och mörka fransar.Multi-slitdiffraktion (höger), fördelning av färgade band i olika ordningsföljder.
2. Reflekterande spektrometer
Reflexionsspektrometrarna använder typiskt en optisk bana som består av ett plant diffraktionsgitter och konkava speglar, kallad Czerny-Turner optiska väg.Den består vanligtvis av en slits, ett plant flammande galler, två konkava speglar och en detektor.Denna konfiguration kännetecknas av hög upplösning, lågt ströljus och hög optisk genomströmning.Efter att ljussignalen kommit in genom en smal slits, kollimeras den först till en parallell stråle av en konkav reflektor, som sedan träffar ett plant diffraktivt gitter där de ingående våglängderna diffrakteras i distinkta vinklar.Slutligen fokuserar en konkav reflektor det diffrakterade ljuset på en fotodetektor och signalerna med olika våglängder registreras av pixlar vid olika positioner på fotodiodchippet, vilket i slutändan genererar ett spektrum.Vanligtvis inkluderar en reflektionsspektrometer också några andra ordningens diffraktionsundertryckande filter och kolumnlinser för att förbättra kvaliteten på utmatningsspektra.
Figuren visar en CT optisk väggitterspektrometer av korstyp.
Det bör nämnas att Czerny och Turner inte är uppfinnarna av detta optiska system utan firas för sina enastående bidrag till optikområdet – den österrikiska astronomen Adalbert Czerny och den tyske vetenskapsmannen Rudolf W. Turner.
Czerny-Turners optiska väg kan generellt delas in i två typer: korsad och ovikt (M-typ).Den korsade optiska vägen/M-typ optiska vägen är en mer kompakt.Här uppvisar den vänster-höger symmetriska fördelningen av två konkava speglar i förhållande till det plana gittret ömsesidig kompensation av off-axelaberrationer, vilket resulterar i högre optisk upplösning.SpectraCheck® SR75C fiberoptiska spektrometer använder en optisk väg av M-typ, uppnår hög optisk upplösning upp till 0,15 nm i det ultravioletta området 180-340 nm.
Ovan: Optisk väg av korstyp/optisk väg av expanderad typ (M-typ).
Dessutom finns det, förutom platta bläsgaller, även ett konkavt bläsgaller.Det konkava bläsgallret kan förstås som en kombination av en konkav spegel och ett galler.Därför består en konkav flammig gallerspektrometer endast av en slits, ett konkav flammegitter och en detektor, vilket resulterar i hög stabilitet.Det konkava flammegallret ställer dock kraven på både riktning och avstånd för infallande diffrakterat ljus, vilket begränsar de tillgängliga alternativen.
Ovan: Konkav gitterspektrometer.
Posttid: 2023-12-26