Artikel 2: Vad är en fiberoptisk spektrometer, och hur väljer du lämplig slits och fiber?
Fiberoptiska spektrometrar representerar för närvarande den dominerande klassen av spektrometrar.Denna kategori av spektrometer möjliggör överföring av optiska signaler genom en fiberoptisk kabel, ofta kallad en fiberoptisk bygel, vilket underlättar ökad flexibilitet och bekvämlighet vid spektralanalys och systemkonfiguration.I motsats till konventionella stora laboratoriespektrometrar utrustade med brännvidder som vanligtvis sträcker sig från 300 mm till 600 mm och som använder skanningsgitter, använder fiberoptiska spektrometrar fasta gitter, vilket eliminerar behovet av roterande motorer.Brännvidderna för dessa spektrometrar är vanligtvis i intervallet 200 mm, eller de kan vara ännu kortare, till 30 mm eller 50 mm.Dessa instrument är mycket kompakta i storlek och kallas vanligen för fiberoptiska miniatyrspektrometrar.
Miniatyrfiberspektrometer
En fiberoptisk miniatyrspektrometer är mer populär i industrier på grund av dess kompakthet, kostnadseffektivitet, snabba detekteringsförmåga och anmärkningsvärda flexibilitet.Den optiska miniatyrspektrometern innefattar typiskt en slits, konkav spegel, gitter, CCD/CMOS-detektor och tillhörande drivkretsar.Den är ansluten till värddatorns (PC) programvara via antingen en USB-kabel eller seriell kabel för att slutföra insamlingen av spektraldata.
Fiberoptisk spektrometerstruktur
Den fiberoptiska spektrometern är utrustad med en fibergränssnittsadapter, ger en säker anslutning för optisk fiber.SMA-905 fibergränssnitt används i de flesta fiberoptiska spektrometrar, men vissa applikationer kräver FC/PC eller icke-standardiserade fibergränssnitt, såsom det cylindriska flerkärniga fibergränssnittet med en diameter på 10 mm.
SMA905 fibergränssnitt (svart), FC/PC fibergränssnitt (gult).Det finns en kortplats på FC/PC-gränssnittet för positionering.
Den optiska signalen, efter att ha passerat genom den optiska fibern, kommer först att gå genom en optisk slits.Miniatyrspektrometrarna använder vanligtvis icke-justerbara slitsar, där slitsbredden är fixerad.Medan JINSP fiberoptisk spektrometer erbjuder standardslitsbredder på 10μm, 25μm, 50μm, 100μm och 200μm i olika specifikationer, och anpassningar är också tillgängliga enligt användarens krav.
Förändringen i spaltbredder kan vanligtvis påverka ljusflödet och optisk upplösning, dessa två parametrar uppvisar ett kompromissförhållande.Smalare slitsbredd, högre optisk upplösning, om än på bekostnad av minskat ljusflöde.Det är viktigt att notera att utvidgning av slitsen för att öka ljusflödet har begränsningar eller är olinjär.På liknande sätt har en minskning av slitsen begränsningar för den uppnåbara upplösningen.Användare måste bedöma och välja lämplig slits i enlighet med deras faktiska krav, såsom att prioritera ljusflöde eller optisk upplösning.I detta avseende inkluderar den tekniska dokumentationen som tillhandahålls för JINSP fiberoptiska spektrometrar en omfattande tabell som korrelerar spaltbredder med deras motsvarande upplösningsnivåer, vilket fungerar som en värdefull referens för användare.
Ett smalt mellanrum
Jämförelsetabell för slitsupplösning
Användarna måste, när de sätter upp ett spektrometersystem, välja lämpliga optiska fibrer för att ta emot och sända signaler till spektrometerns slitsposition.Tre viktiga parametrar måste beaktas vid val av optiska fibrer.Den första parametern är kärndiametern, som finns tillgänglig i en mängd olika möjligheter, inklusive 5μm, 50μm, 105μm, 200μm, 400μm, 600μm och ännu större diametrar över 1 mm.Det är viktigt att notera att en ökning av kärndiametern kan förbättra energin som tas emot vid den främre änden av den optiska fibern.Bredden på slitsen och höjden på CCD/CMOS-detektorn begränsar emellertid de optiska signaler som spektrometern kan ta emot.Så att öka kärndiametern förbättrar inte nödvändigtvis känsligheten.Användare bör välja lämplig kärndiameter baserat på den faktiska systemkonfigurationen.För B&W Teks spektrometrar som använder linjära CMOS-detektorer i modeller som SR50C och SR75C, med en 50 μm slitskonfiguration, rekommenderas att använda en optisk fiber med en kärndiameter på 200 μm för signalmottagning.För spektrometrar med CCD-detektorer med intern area i modeller som SR100B och SR100Z, kan det vara lämpligt att överväga tjockare optiska fibrer, såsom 400μm eller 600μm, för signalmottagning.
Olika optiska fiberdiametrar
Fiberoptisk signal kopplad till slitsen
Den andra aspekten är optiska fibrers funktionsvåglängdsområde och material.Optiska fibermaterial inkluderar vanligtvis hög-OH (hög hydroxyl), låg-OH (låg hydroxyl) och UV-beständiga fibrer.Olika material har olika våglängdstransmissionsegenskaper.Optiska fibrer med hög OH används vanligtvis i området för ultraviolett/synligt ljus (UV/VIS), medan fibrer med låg OH används i området nära infrarött (NIR).För det ultravioletta området bör speciella UV-beständiga fibrer övervägas.Användare bör välja lämplig optisk fiber baserat på deras driftvåglängd.
Den tredje aspekten är det numeriska bländarvärdet (NA) för optiska fibrer.På grund av emissionsprinciperna för optiska fibrer, är det emitterade ljuset från fiberänden begränsat inom ett visst divergensvinkelområde, vilket kännetecknas av NA-värdet.Multi-mode optiska fibrer har i allmänhet NA-värden på 0,1, 0,22, 0,39 och 0,5 som vanliga alternativ.Om man tar de vanligaste 0,22 NA som exempel betyder det att fiberns punktdiameter efter 50 mm är cirka 22 mm och efter 100 mm är diametern 44 mm.När man designar en spektrometer överväger tillverkare vanligtvis att matcha den optiska fiberns NA-värde så nära som möjligt för att säkerställa maximal energimottagning.Dessutom är NA-värdet för den optiska fibern relaterat till kopplingen av linser vid fiberns främre ände.Linsens NA-värde bör också matchas så nära som möjligt till fiberns NA-värde för att undvika signalförlust.
NA-värdet för den optiska fibern bestämmer divergensvinkeln för den optiska strålen
När optiska fibrer används i kombination med linser eller konkava speglar, bör NA-värdet matchas så nära som möjligt för att undvika energiförlust
Fiberoptiska spektrometrar tar emot ljuset i vinklar som bestäms av deras NA-värde (Numerical Aperture).Den infallande signalen kommer att utnyttjas fullt ut om NA för det infallande ljuset är mindre än eller lika med den spektrometerns NA.Energiförlust uppstår när NA för infallande ljus är större än NA för spektrometer.Förutom fiberoptisk överföring kan optisk koppling med fritt utrymme användas för att samla in ljussignaler.Detta innebär att parallellt ljus konvergerar till en slits med hjälp av linser.När man använder optiska banor med fritt utrymme är det viktigt att välja lämpliga linser med ett NA-värde som matchar spektrometerns, samtidigt som man säkerställer att spektrometerns slits är placerad i linsens fokus för att uppnå maximalt ljusflöde.
Optisk koppling för fritt utrymme
Posttid: 13-12-2023