Gli spettrometri a fibra ottica solitamente utilizzano la fibra ottica come accoppiatore di segnale, che viene accoppiato fotometricamente allo spettrometro per l'analisi spettrale. Grazie alla praticità della fibra ottica, gli utenti possono contare su un'elevata flessibilità nella realizzazione di un sistema di acquisizione spettrale.
Il vantaggio degli spettrometri a fibra ottica è la modularità e la flessibilità del sistema di misura. Il microspettrometro a fibra otticaLa velocità di elaborazione di MUT in Germania è così elevata che può essere utilizzata per l'analisi online. Inoltre, grazie all'utilizzo di rivelatori universali a basso costo, il costo dello spettrometro si riduce, riducendo di conseguenza il costo dell'intero sistema di misura.
La configurazione di base dello spettrometro a fibra ottica è composta da un reticolo, una fenditura e un rivelatore. I parametri di questi componenti devono essere specificati al momento dell'acquisto dello spettrometro. Le prestazioni dello spettrometro dipendono dalla combinazione precisa e dalla calibrazione di questi componenti; in linea di principio, dopo la calibrazione dello spettrometro a fibra ottica, questi accessori non possono subire modifiche.
Introduzione alla funzione
grattugiare
La scelta del reticolo dipende dall'intervallo spettrale e dai requisiti di risoluzione. Per gli spettrometri a fibra ottica, l'intervallo spettrale è solitamente compreso tra 200 nm e 2500 nm. A causa del requisito di una risoluzione relativamente elevata, è difficile ottenere un ampio intervallo spettrale; allo stesso tempo, maggiore è il requisito di risoluzione, minore è il flusso luminoso. Per requisiti di risoluzione inferiore e intervallo spettrale più ampio, un reticolo da 300 linee/mm è la scelta usuale. Se è richiesta una risoluzione spettrale relativamente elevata, è possibile ottenerla scegliendo un reticolo da 3600 linee/mm o un rivelatore con una maggiore risoluzione in pixel.
fessura
Una fenditura più stretta può migliorare la risoluzione, ma il flusso luminoso è inferiore; d'altra parte, fenditure più larghe possono aumentare la sensibilità, ma a scapito della risoluzione. In base ai requisiti applicativi, viene selezionata la larghezza appropriata della fenditura per ottimizzare il risultato complessivo del test.
sonda
Il rivelatore determina in un certo senso la risoluzione e la sensibilità dello spettrometro a fibra ottica. La regione fotosensibile del rivelatore è in linea di principio limitata, suddivisa in molti pixel piccoli per un'alta risoluzione o in un numero inferiore ma più grande per un'alta sensibilità. Generalmente, la sensibilità del rivelatore CCD è migliore, quindi è possibile ottenere una risoluzione migliore senza compromettere la sensibilità. Grazie all'elevata sensibilità e al rumore termico del rivelatore InGaAs nel vicino infrarosso, il rapporto segnale/rumore del sistema può essere efficacemente migliorato mediante refrigerazione.
Filtro ottico
Grazie all'effetto di diffrazione multistadio dello spettro stesso, l'interferenza della diffrazione multistadio può essere ridotta utilizzando il filtro. A differenza degli spettrometri convenzionali, gli spettrometri a fibra ottica sono rivestiti sul rivelatore e questa parte della funzione deve essere installata in fabbrica. Allo stesso tempo, il rivestimento ha anche la funzione antiriflesso e migliora il rapporto segnale/rumore del sistema.
Le prestazioni dello spettrometro sono determinate principalmente dall'intervallo spettrale, dalla risoluzione ottica e dalla sensibilità. Una modifica di uno di questi parametri influisce solitamente sulle prestazioni degli altri.
La sfida principale dello spettrometro non è massimizzare tutti i parametri al momento della produzione, ma fare in modo che gli indicatori tecnici dello spettrometro soddisfino i requisiti prestazionali per diverse applicazioni in questa selezione di spazi tridimensionali. Questa strategia consente allo spettrometro di soddisfare i clienti, garantendo il massimo ritorno sull'investimento minimo. La dimensione del cubo dipende dagli indicatori tecnici che lo spettrometro deve raggiungere e la sua dimensione è correlata alla complessità dello spettrometro e al prezzo del prodotto. Gli spettrometri devono soddisfare pienamente i parametri tecnici richiesti dai clienti.
Gamma spettrale
SpettrometriGli spettrometri con un intervallo spettrale più piccolo di solito forniscono informazioni spettrali dettagliate, mentre quelli con intervalli spettrali più ampi offrono un campo visivo più ampio. Pertanto, l'intervallo spettrale dello spettrometro è uno dei parametri importanti che devono essere chiaramente specificati.
I fattori che influiscono sull'intervallo spettrale sono principalmente il reticolo e il rivelatore, e il reticolo e il rivelatore corrispondenti vengono selezionati in base a diversi requisiti.
sensibilità
Parlando di sensibilità, è importante distinguere tra la sensibilità in fotometria (la più piccola intensità del segnale che unspettrometropuò rilevare) e sensibilità in stechiometria (la più piccola differenza di assorbimento che uno spettrometro può misurare).
a. Sensibilità fotometrica
Per applicazioni che richiedono spettrometri ad alta sensibilità, come fluorescenza e Raman, consigliamo gli spettrometri a fibra ottica termoraffreddati SEK con rivelatori CCD bidimensionali a matrice da 1024 pixel termoraffreddati, nonché lenti di condensazione del rivelatore, specchi d'oro e fenditure ampie (100 μm o più). Questo modello può utilizzare lunghi tempi di integrazione (da 7 millisecondi a 15 minuti) per migliorare l'intensità del segnale, ridurre il rumore e migliorare la gamma dinamica.
b. Sensibilità stechiometrica
Per rilevare due valori di tasso di assorbimento con ampiezza molto vicina, non è necessaria solo la sensibilità del rivelatore, ma anche il rapporto segnale/rumore. Il rivelatore con il rapporto segnale/rumore più elevato è il rivelatore CCD bidimensionale a matrice termoelettrica refrigerata da 1024 pixel dello spettrometro SEK, con un rapporto segnale/rumore di 1000:1. Anche la media di più immagini spettrali può migliorare il rapporto segnale/rumore, e l'aumento del numero medio farà aumentare il rapporto segnale/rumore alla velocità di radice quadrata; ad esempio, una media di 100 volte può aumentare il rapporto segnale/rumore di 10 volte, raggiungendo 10.000:1.
Risoluzione
La risoluzione ottica è un parametro importante per misurare la capacità di splitting ottico. Se è necessaria una risoluzione ottica molto elevata, si consiglia di scegliere un reticolo con almeno 1200 linee/mm, una fenditura stretta e un rivelatore CCD da 2048 o 3648 pixel.
Data di pubblicazione: 27/07/2023