Nøgleord: VPH Solid-phase holografisk gitter, Transmittansspektrofotometer, Reflektansspektrometer, Czerny-Turner Optisk vej.
1.Oversigt
Det fiberoptiske spektrometer kan klassificeres som refleksion og transmission, alt efter type diffraktionsgitteret.Et diffraktionsgitter er dybest set et optisk element, der har et stort antal lige store mønstre enten på overfladen eller internt.Det er en kritisk komponent fiberoptisk spektrometer.Når lyset interagerer med disse gitter, spredes det i distinkte vinkler bestemt af forskellige bølgelængder gennem et fænomen kendt som lysdiffraktion.
Ovenfor: Diskrimineringsreflektansspektrometer (venstre) og transmittansspektrometer (højre)
Diffraktionsgitre er generelt klassificeret i to typer: reflektionsgitre og transmissionsgitre.Refleksgitre kan yderligere opdeles i planreflektionsgitre og konkave gitre, mens transmissionsgitre kan opdeles i transmissionsgitre af rilletype og volumenfaseholografiske (VPH) transmissionsgitre.Denne artikel introducerer hovedsageligt reflektansspektrometeret af plane blaze gitter-type og VPH-gitter-type transmittansspektrometer.
Ovenfor: Refleksgitter (venstre) og transmissionsgitter (højre).
Hvorfor vælger de fleste spektrometre nu gitterdispersion i stedet for prisme?Det er primært bestemt af gitterets spektrale principper.Antallet af linjer pr. millimeter på gitteret (linjetæthed, enhed: linjer/mm) bestemmer gitterets spektrale muligheder.En højere gitterlinjetæthed resulterer i større spredning af lys af forskellige bølgelængder efter passage gennem gitteret, hvilket fører til højere optisk opløsning.Generelt omfatter tilgængelige og gitterrilletætheder 75, 150, 300, 600, 900, 1200, 1800, 2400, 3600 osv., hvilket opfylder kravene til forskellige spektralområder og opløsninger.Mens prismespektroskopi er begrænset af spredningen af glasmaterialer, hvor glassets dispersive egenskab bestemmer prismets spektroskopiske evne.Da glasmaterialers dispersive egenskaber er begrænsede, er det udfordrende at fleksibelt opfylde kravene til forskellige spektrale applikationer.Derfor bruges det sjældent i kommercielle miniature fiberoptiske spektrometre.
Billedtekst: Spektraleffekter af forskellige gitterrilletætheder i ovenstående diagram.
Figuren viser dispersionsspektrometri af hvidt lys gennem glas og diffraktionsspektrometri gennem et gitter.
Gitres udviklingshistorie starter med det klassiske "Youngs dobbeltspalteeksperiment": I 1801 opdagede den britiske fysiker Thomas Young lysets interferens ved hjælp af et dobbeltspalteeksperiment.Monokromatisk lys, der passerede gennem dobbelte spalter, udviste skiftende lyse og mørke frynser.Dobbeltspalteeksperimentet validerede først, at lys udviser egenskaber, der ligner vandbølger (lysets bølgenatur), hvilket forårsager en sensation i fysiksamfundet.Efterfølgende udførte flere fysikere interferenseksperimenter med flere spalter og observerede diffraktionsfænomenet lys gennem gitter.Senere udviklede den franske fysiker Fresnel den grundlæggende teori om gitterdiffraktion ved at kombinere de matematiske teknikker fremsat af den tyske videnskabsmand Huygens ved at trække på disse resultater.
Figuren viser Youngs dobbeltspalteinterferens til venstre, med skiftende lyse og mørke frynser.Multi-slidsdiffraktion (højre), fordeling af farvede bånd i forskellige rækkefølger.
2. Reflekterende spektrometer
Refleksionsspektrometrene anvender typisk en optisk bane, der består af et plant diffraktionsgitter og konkave spejle, kaldet Czerny-Turner optiske vej.Den består generelt af en spalte, et plan flammegitter, to konkave spejle og en detektor.Denne konfiguration er kendetegnet ved høj opløsning, lavt spredt lys og høj optisk gennemstrømning.Efter at lyssignalet kommer ind gennem en smal spalte, kollimeres det først til en parallel stråle af en konkav reflektor, som derefter rammer et plant diffraktivt gitter, hvor de indgående bølgelængder er diffrakteret i forskellige vinkler.Endelig fokuserer en konkav reflektor det diffrakterede lys på en fotodetektor, og signalerne med forskellige bølgelængder optages af pixels på forskellige positioner på fotodiodechippen, hvilket i sidste ende genererer et spektrum.Typisk inkluderer et refleksionsspektrometer også nogle andenordens diffraktionsundertrykkende filtre og søjlelinser for at forbedre kvaliteten af outputspektrene.
Figuren viser et kryds-type CT optisk vejgitterspektrometer.
Det skal nævnes, at Czerny og Turner ikke er opfinderne af dette optiske system, men mindes for deres enestående bidrag til optikområdet - den østrigske astronom Adalbert Czerny og den tyske videnskabsmand Rudolf W. Turner.
Den optiske Czerny-Turner-sti kan generelt klassificeres i to typer: krydset og udfoldet (M-type).Den krydsede optiske vej/M-type optiske vej er en mere kompakt.Her udviser den venstre-højre symmetriske fordeling af to konkave spejle i forhold til det plane gitter gensidig kompensation af off-akse aberrationer, hvilket resulterer i højere optisk opløsning.SpectraCheck® SR75C fiberoptiske spektrometer anvender en M-type optisk vej, opnår høj optisk opløsning op til 0,15 nm i det ultraviolette område på 180-340 nm.
Ovenfor: Krydstype optisk vej/udvidet type (M-type) optisk vej.
Derudover er der udover flade flammerist også en konkav flammerist.Det konkave blæserist kan forstås som en kombination af et konkavt spejl og et gitter.Derfor består et konkavt blaze-gitter-spektrometer kun af en spalte, et konkavt blaze-gitter og en detektor, hvilket resulterer i høj stabilitet.Det konkave flammegitter stiller imidlertid krav til både retning og afstand af indfaldende diffrakteret lys, hvilket begrænser de tilgængelige muligheder.
Ovenfor: Konkavt gitterspektrometer.
Indlægstid: 26. december 2023