Artikel 2: Hvad er et fiberoptisk spektrometer, og hvordan vælger du den passende spalte og fiber?
Fiberoptiske spektrometre repræsenterer i øjeblikket den dominerende klasse af spektrometre.Denne kategori af spektrometer muliggør transmission af optiske signaler gennem et fiberoptisk kabel, ofte kaldet en fiberoptisk jumper, hvilket letter øget fleksibilitet og bekvemmelighed i spektralanalyse og systemkonfiguration.I modsætning til konventionelle store laboratoriespektrometre udstyret med brændvidder, der typisk spænder fra 300 mm til 600 mm, og som anvender scanningsgitre, anvender fiberoptiske spektrometre faste gitre, hvilket eliminerer behovet for roterende motorer.Brændvidderne af disse spektrometre er typisk i området 200 mm, eller de kan være endnu kortere, til 30 mm eller 50 mm.Disse instrumenter er meget kompakte i størrelse og omtales almindeligvis som miniature fiberoptiske spektrometre.
Miniature fiberspektrometer
Et miniature fiberoptisk spektrometer er mere populært i industrier på grund af dets kompakthed, omkostningseffektivitet, hurtige detektionsevner og bemærkelsesværdige fleksibilitet.Det fiberoptiske miniaturespektrometer omfatter typisk en spalte, konkavt spejl, gitter, CCD/CMOS-detektor og tilhørende drivkredsløb.Den er forbundet til værtscomputerens (pc) software via enten et USB-kabel eller seriel kabel for at fuldføre den spektrale dataindsamling.
Fiberoptisk spektrometer struktur
Det fiberoptiske spektrometer er udstyret med en fiberinterfaceadapter, der giver en sikker forbindelse til optisk fiber.SMA-905 fibergrænseflader bruges i de fleste fiberoptiske spektrometre, men nogle applikationer kræver FC/PC eller ikke-standard fibergrænseflader, såsom den cylindriske flerkernede fibergrænseflade med en diameter på 10 mm.
SMA905 fibergrænseflade (sort), FC/PC fibergrænseflade (gul).Der er en slot på FC/PC-grænsefladen til positionering.
Det optiske signal, efter at have passeret gennem den optiske fiber, vil først gå gennem en optisk spalte.Miniaturespektrometrene bruger typisk ikke-justerbare spalter, hvor spaltebredden er fast.Mens JINSP fiberoptisk spektrometer tilbyder standard spaltebredder på 10μm, 25μm, 50μm, 100μm og 200μm i forskellige specifikationer, og tilpasninger er også tilgængelige i henhold til brugerkrav.
Ændringen i spaltebredder kan almindeligvis påvirke lysflux og optisk opløsning, disse to parametre udviser et afvejningsforhold.Snævrere spaltebredden, højere den optiske opløsning, dog på bekostning af reduceret lysflux.Det er vigtigt at bemærke, at udvidelse af slidsen for at øge lysstrømmen har begrænsninger eller er ikke-lineær.Tilsvarende har reduktion af slidsen begrænsninger på den opnåelige opløsning.Brugere skal vurdere og vælge den passende spalte i overensstemmelse med deres faktiske krav, såsom at prioritere lysflux eller optisk opløsning.I denne henseende inkluderer den tekniske dokumentation til JINSP fiberoptiske spektrometre en omfattende tabel, der korrelerer spaltebredder med deres tilsvarende opløsningsniveauer, og tjener som en værdifuld reference for brugerne.
Et smalt hul
Sammenligningstabel med spalteopløsning
Brugerne skal, mens de opretter et spektrometersystem, vælge passende optiske fibre til at modtage og transmittere signaler til spektrometerets spalteposition.Tre vigtige parametre skal tages i betragtning ved valg af optiske fibre.Den første parameter er kernediameteren, som er tilgængelig i en række muligheder, herunder 5μm, 50μm, 105μm, 200μm, 400μm, 600μm og endnu større diametre ud over 1mm.Det er vigtigt at bemærke, at forøgelse af kernediameteren kan øge den energi, der modtages ved den forreste ende af den optiske fiber.Imidlertid begrænser spaltens bredde og højden af CCD/CMOS-detektoren de optiske signaler, som spektrometret kan modtage.Så øget kernediameter forbedrer ikke nødvendigvis følsomheden.Brugere bør vælge den passende kernediameter baseret på den faktiske systemkonfiguration.For B&W Teks spektrometre, der anvender lineære CMOS-detektorer i modeller som SR50C og SR75C, med en 50μm spaltekonfiguration, anbefales det at bruge en optisk fiber med en kernediameter på 200μm til signalmodtagelse.For spektrometre med interne CCD-detektorer i modeller som SR100B og SR100Z kan det være egnet at overveje tykkere optiske fibre, såsom 400μm eller 600μm, til signalmodtagelse.
Forskellige optiske fiberdiametre
Fiberoptisk signal koblet til slidsen
Det andet aspekt er optiske fibres driftsbølgelængdeområde og materialer.Optiske fibermaterialer omfatter typisk High-OH (høj hydroxyl), Low-OH (lav hydroxyl) og UV-resistente fibre.Forskellige materialer har forskellige bølgelængdetransmissionskarakteristika.Optiske fibre med høj OH bruges typisk i området for ultraviolet/synligt lys (UV/VIS), mens fibre med lavt OH anvendes i det nær-infrarøde (NIR) område.For det ultraviolette område bør specielle UV-bestandige fibre overvejes.Brugere bør vælge den passende optiske fiber baseret på deres driftsbølgelængde.
Det tredje aspekt er den numeriske apertur (NA) værdi af optiske fibre.På grund af emissionsprincipperne for optiske fibre er det udsendte lys fra fiberenden begrænset inden for et vist divergensvinkelområde, som er karakteriseret ved NA-værdien.Multi-mode optiske fibre har generelt NA-værdier på 0,1, 0,22, 0,39 og 0,5 som almindelige muligheder.Tager man det mest almindelige 0,22 NA som eksempel, betyder det, at fiberens pletdiameter efter 50 mm er cirka 22 mm, og efter 100 mm er diameteren 44 mm.Når de designer et spektrometer, overvejer producenterne typisk at matche den optiske fibers NA-værdi så tæt som muligt for at sikre maksimal energimodtagelse.Derudover er NA-værdien af den optiske fiber relateret til koblingen af linser ved den forreste ende af fiberen.Linsens NA-værdi bør også matches så tæt som muligt til fiberens NA-værdi for at undgå signaltab.
NA-værdien af den optiske fiber bestemmer divergensvinklen for den optiske stråle
Når optiske fibre anvendes i forbindelse med linser eller konkave spejle, bør NA-værdien matches så tæt som muligt for at undgå energitab
Fiberoptiske spektrometre modtager lyset i vinkler bestemt af deres NA-værdi (Numerical Aperture).Det indfaldende signal vil blive udnyttet fuldt ud, hvis NA for det indfaldende lys er mindre end eller lig med det spektrometers NA.Energitab opstår, når NA for indfaldende lys er større end NA for spektrometer.Ud over fiberoptisk transmission kan optisk kobling med fri plads bruges til at indsamle lyssignaler.Dette involverer konvergerende parallelt lys til en spalte ved hjælp af linser.Når du bruger optiske baner med fri plads, er det vigtigt at vælge passende linser med en NA-værdi, der matcher spektrometrets, samtidig med at det sikres, at spektrometrets spalte er placeret i linsens fokus for at opnå maksimal lysflux.
Frirum optisk kobling
Indlægstid: 13. december 2023