Članak 2: Šta je optički spektrometar i kako odabrati odgovarajući prorez i vlakno?
Spektrometri sa optičkim vlaknima trenutno predstavljaju dominantnu klasu spektrometara.Ova kategorija spektrometara omogućava prijenos optičkih signala preko optičkog kabla, koji se često naziva optički kratkospojnik, što omogućava povećanu fleksibilnost i pogodnost u spektralnoj analizi i konfiguraciji sistema.Za razliku od konvencionalnih velikih laboratorijskih spektrometara opremljenih žižnim daljinama koje se obično kreću od 300 mm do 600 mm i koriste rešetke za skeniranje, optički spektrometri koriste fiksne rešetke, eliminišući potrebu za rotirajućim motorima.Žižne daljine ovih spektrometara su obično u rasponu od 200 mm, ili mogu biti čak i kraće, do 30 mm ili 50 mm.Ovi instrumenti su veoma kompaktne veličine i obično se nazivaju minijaturnim optičkim spektrometrima.
Minijaturni spektrometar vlakana
Minijaturni optički spektrometar je popularniji u industrijama zbog svoje kompaktnosti, isplativosti, mogućnosti brze detekcije i izuzetne fleksibilnosti.Minijaturni optički spektrometar obično se sastoji od proreza, konkavnog ogledala, rešetke, CCD/CMOS detektora i povezanih pogonskih kola.Povezuje se sa softverom glavnog računara (PC) preko USB kabla ili serijskog kabla kako bi se završilo prikupljanje spektralnih podataka.
Struktura optičkog spektrometra
Optički spektrometar je opremljen adapterom za optičko vlakno, pruža sigurnu vezu za optičko vlakno.SMA-905 interfejsi za vlakna se koriste u većini optičkih spektrometara, ali neke aplikacije zahtevaju FC/PC ili nestandardna vlakna interfejsa, kao što je cilindrični interfejs sa više jezgara prečnika 10 mm.
SMA905 vlakno sučelje (crno), FC/PC vlakno sučelje (žuto).Na FC/PC interfejsu postoji utor za pozicioniranje.
Optički signal, nakon što prođe kroz optičko vlakno, prvo će proći kroz optički prorez.Minijaturni spektrometri obično koriste nepodesive proreze, gdje je širina proreza fiksna.Dok, JINSP optički spektrometar nudi standardne širine proreza od 10 μm, 25 μm, 50 μm, 100 μm i 200 μm u različitim specifikacijama, a prilagođavanja su također dostupna prema zahtjevima korisnika.
Promjena širine proreza obično može utjecati na svjetlosni tok i optičku rezoluciju, ova dva parametra pokazuju odnos kompromisa.Što je širina proreza veća, optička rezolucija je veća, ali na račun smanjenog svjetlosnog toka.Bitno je napomenuti da proširenje proreza radi povećanja svjetlosnog fluksa ima ograničenja ili je nelinearno.Slično tome, smanjenje proreza ima ograničenja na dostižnu rezoluciju.Korisnici moraju procijeniti i odabrati odgovarajući prorez u skladu sa svojim stvarnim zahtjevima, kao što je davanje prioriteta svjetlosnom toku ili optičkoj rezoluciji.S tim u vezi, tehnička dokumentacija za JINSP optičke spektrometre uključuje sveobuhvatnu tabelu koja povezuje širine proreza sa njihovim odgovarajućim nivoima rezolucije, koja služi kao vrijedna referenca za korisnike.
Uzak jaz
Tabela za poređenje rezolucije proreza
Korisnici, prilikom postavljanja spektrometarskog sistema, treba da izaberu odgovarajuća optička vlakna za prijem i prenos signala do pozicije proreza spektrometra.Prilikom odabira optičkih vlakana potrebno je uzeti u obzir tri važna parametra.Prvi parametar je prečnik jezgra, koji je dostupan u nizu mogućnosti uključujući 5 μm, 50 μm, 105 μm, 200 μm, 400 μm, 600 μm, pa čak i veće prečnike preko 1 mm.Važno je napomenuti da povećanje prečnika jezgre može povećati energiju primljenu na prednjem kraju optičkog vlakna.Međutim, širina proreza i visina CCD/CMOS detektora ograničavaju optičke signale koje spektrometar može primiti.Dakle, povećanje promjera jezgre ne mora nužno poboljšati osjetljivost.Korisnici bi trebali odabrati odgovarajući prečnik jezgre na osnovu stvarne konfiguracije sistema.Za B&W Tekove spektrometre koji koriste linearne CMOS detektore u modelima kao što su SR50C i SR75C, sa konfiguracijom proreza od 50 μm, preporučuje se upotreba optičkog vlakna prečnika jezgre od 200 μm za prijem signala.Za spektrometre sa unutrašnjim CCD detektorima u modelima kao što su SR100B i SR100Z, može biti prikladno uzeti u obzir deblja optička vlakna, kao što su 400 μm ili 600 μm, za prijem signala.
Različiti prečnici optičkih vlakana
Optički signal spojen na prorez
Drugi aspekt je radni opseg talasnih dužina i materijali optičkih vlakana.Materijali optičkih vlakana obično uključuju High-OH (visoki hidroksil), Low-OH (nizak hidroksil) i UV otporna vlakna.Različiti materijali imaju različite karakteristike prenosa talasne dužine.Visoko-OH optička vlakna se obično koriste u opsegu ultraljubičastog/vidljivog svjetla (UV/VIS), dok se nisko-OH vlakna koriste u području bliskog infracrvenog (NIR).Za ultraljubičasti opseg treba uzeti u obzir posebna vlakna otporna na UV zračenje.Korisnici treba da izaberu odgovarajuće optičko vlakno na osnovu njihove radne talasne dužine.
Treći aspekt je vrijednost numeričke aperture (NA) optičkih vlakana.Zbog emisionih principa optičkih vlakana, emitovana svjetlost sa kraja vlakna je ograničena unutar određenog raspona ugla divergencije, koji je karakteriziran NA vrijednošću.Višemodna optička vlakna općenito imaju NA vrijednosti od 0,1, 0,22, 0,39 i 0,5 kao uobičajene opcije.Uzimajući za primjer najčešći 0,22 NA, to znači da je promjer tačke vlakna nakon 50 mm otprilike 22 mm, a nakon 100 mm, prečnik je 44 mm.Kada dizajniraju spektrometar, proizvođači obično razmatraju usklađivanje NA vrijednosti optičkog vlakna što je bliže moguće kako bi osigurali maksimalan prijem energije.Dodatno, NA vrijednost optičkog vlakna povezana je sa spajanjem sočiva na prednjem kraju vlakna.NA vrijednost sočiva također treba uskladiti što je moguće bliže NA vrijednosti vlakna kako bi se izbjegao gubitak signala.
NA vrijednost optičkog vlakna određuje ugao divergencije optičkog snopa
Kada se optička vlakna koriste zajedno s lećama ili konkavnim zrcalima, vrijednost NA treba uskladiti što je bliže moguće kako bi se izbjegao gubitak energije
Spektrometri sa optičkim vlaknima primaju svjetlost pod uglovima koji su određeni njihovom vrijednošću NA (Numerical Aperture).Upadni signal će se u potpunosti iskoristiti ako je NA upadne svjetlosti manja ili jednaka NA tog spektrometra.Gubitak energije nastaje kada je NA upadne svjetlosti veća od NA spektrometra.Osim optičkog prijenosa, za prikupljanje svjetlosnih signala može se koristiti optička sprega u slobodnom prostoru.Ovo uključuje konvergiranje paralelne svjetlosti u prorez pomoću sočiva.Kada koristite optičke puteve slobodnog prostora, važno je odabrati odgovarajuća sočiva sa NA vrijednošću koja odgovara onoj spektrometra, a istovremeno osigurati da je prorez spektrometra pozicioniran u fokusu sočiva kako bi se postigao maksimalni svjetlosni tok.
Optička spojnica sa slobodnim prostorom
Vrijeme objave: 13.12.2023