Artikel 2: Wat is een glasvezelspectrometer en hoe kies je de juiste spleet en vezel?
Glasvezelspectrometers vertegenwoordigen momenteel de overheersende klasse van spectrometers.Deze categorie spectrometers maakt de overdracht van optische signalen mogelijk via een glasvezelkabel, vaak een glasvezeljumper genoemd, wat verbeterde flexibiliteit en gemak bij spectrale analyse en systeemconfiguratie mogelijk maakt.In tegenstelling tot conventionele grote laboratoriumspectrometers die zijn uitgerust met brandpuntsafstanden die doorgaans variëren van 300 mm tot 600 mm en gebruikmaken van scanroosters, maken glasvezelspectrometers gebruik van vaste roosters, waardoor de noodzaak voor roterende motoren wordt geëlimineerd.De brandpuntsafstanden van deze spectrometers liggen doorgaans in het bereik van 200 mm, of ze kunnen zelfs korter zijn, tot 30 mm of 50 mm.Deze instrumenten zijn zeer compact van formaat en worden gewoonlijk miniatuur glasvezelspectrometers genoemd.
Miniatuur vezelspectrometer
Een miniatuur glasvezelspectrometer is populairder in industrieën vanwege zijn compactheid, kosteneffectiviteit, snelle detectiemogelijkheden en opmerkelijke flexibiliteit.De miniatuur glasvezelspectrometer omvat doorgaans een spleetvormige, concave spiegel, rooster, CCD/CMOS-detector en bijbehorende stuurcircuits.Het wordt via een USB-kabel of een seriële kabel aangesloten op de hostcomputersoftware (pc) om de verzameling van spectrale gegevens te voltooien.
Glasvezelspectrometerstructuur
De glasvezelspectrometer is uitgerust met een glasvezelinterface-adapter en zorgt voor een veilige verbinding voor glasvezel.SMA-905 glasvezelinterfaces worden gebruikt in de meeste glasvezelspectrometers, maar sommige toepassingen vereisen FC/PC of niet-standaard glasvezelinterfaces, zoals de cilindrische multi-core glasvezelinterface met een diameter van 10 mm.
SMA905 glasvezelinterface (zwart), FC/PC glasvezelinterface (geel).Er is een sleuf op de FC/PC-interface aanwezig voor positionering.
Het optische signaal zal, nadat het door de optische vezel is gegaan, eerst door een optische spleet gaan.De miniatuurspectrometers maken doorgaans gebruik van niet-verstelbare spleten, waarbij de spleetbreedte vaststaat.Terwijl de JINSP glasvezelspectrometer standaard spleetbreedtes biedt van 10 μm, 25 μm, 50 μm, 100 μm en 200 μm in verschillende specificaties, en zijn er ook aanpassingen beschikbaar volgens gebruikersvereisten.
De verandering in spleetbreedte kan doorgaans van invloed zijn op de lichtstroom en de optische resolutie. Deze twee parameters vertonen een wisselwerkingsrelatie.Hoe smaller de spleetbreedte, hoe hoger de optische resolutie, zij het ten koste van een verminderde lichtstroom.Het is essentieel op te merken dat het vergroten van de spleet om de lichtstroom te vergroten beperkingen heeft of niet-lineair is.Op soortgelijke wijze heeft het verkleinen van de spleet beperkingen op de haalbare resolutie.Gebruikers moeten de geschikte spleet beoordelen en selecteren in overeenstemming met hun werkelijke vereisten, zoals prioriteit geven aan lichtstroom of optische resolutie.In dit opzicht omvat de technische documentatie voor JINSP glasvezelspectrometers een uitgebreide tabel waarin spleetbreedten worden gecorreleerd met hun overeenkomstige resolutieniveaus, wat als een waardevolle referentie voor gebruikers dient.
Een smalle kloof
Vergelijkingstabel met spleetresolutie
De gebruikers moeten bij het opzetten van een spectrometersysteem geschikte optische vezels kiezen voor het ontvangen en verzenden van signalen naar de spleetpositie van de spectrometer.Bij het selecteren van optische vezels moet rekening worden gehouden met drie belangrijke parameters.De eerste parameter is de kerndiameter, die beschikbaar is in een reeks mogelijkheden, waaronder 5 μm, 50 μm, 105 μm, 200 μm, 400 μm, 600 μm en zelfs grotere diameters dan 1 mm.Het is belangrijk op te merken dat het vergroten van de kerndiameter de energie kan vergroten die wordt ontvangen aan het voorste uiteinde van de optische vezel.De breedte van de spleet en de hoogte van de CCD/CMOS-detector beperken echter de optische signalen die de spectrometer kan ontvangen.Het vergroten van de kerndiameter verbetert dus niet noodzakelijkerwijs de gevoeligheid.Gebruikers moeten de juiste kerndiameter kiezen op basis van de daadwerkelijke systeemconfiguratie.Voor de spectrometers van B&W Tek die lineaire CMOS-detectoren gebruiken in modellen als SR50C en SR75C, met een spleetconfiguratie van 50 μm, wordt aanbevolen om een optische vezel met een kerndiameter van 200 μm te gebruiken voor signaalontvangst.Voor spectrometers met CCD-detectoren met intern oppervlak in modellen als SR100B en SR100Z kan het geschikt zijn om dikkere optische vezels, zoals 400 μm of 600 μm, te overwegen voor signaalontvangst.
Verschillende optische vezeldiameters
Glasvezelsignaal gekoppeld aan de spleet
Het tweede aspect is het operationele golflengtebereik en de materialen van optische vezels.Optische vezelmaterialen omvatten doorgaans High-OH (hoge hydroxyl), Low-OH (lage hydroxyl) en UV-bestendige vezels.Verschillende materialen hebben verschillende golflengtetransmissie-eigenschappen.Optische vezels met een hoge OH worden doorgaans gebruikt in het ultraviolet/zichtbare lichtbereik (UV/VIS), terwijl vezels met een lage OH worden gebruikt in het nabij-infrarood (NIR) bereik.Voor het ultraviolette bereik moeten speciale UV-bestendige vezels worden overwogen.Gebruikers moeten de juiste optische vezel kiezen op basis van hun operationele golflengte.
Het derde aspect is de numerieke apertuurwaarde (NA) van optische vezels.Vanwege de emissieprincipes van optische vezels wordt het uitgezonden licht vanaf het vezeluiteinde beperkt tot een bepaald divergentiehoekbereik, dat wordt gekenmerkt door de NA-waarde.Multi-mode optische vezels hebben doorgaans NA-waarden van 0,1, 0,22, 0,39 en 0,5 als gebruikelijke opties.Als we de meest voorkomende 0,22 NA als voorbeeld nemen, betekent dit dat de vlekdiameter van de vezel na 50 mm ongeveer 22 mm bedraagt, en na 100 mm de diameter 44 mm.Bij het ontwerpen van een spectrometer overwegen fabrikanten doorgaans om de NA-waarde van de optische vezel zo nauw mogelijk aan te passen om maximale energie-ontvangst te garanderen.Bovendien houdt de NA-waarde van de optische vezel verband met de koppeling van lenzen aan de voorkant van de vezel.De NA-waarde van de lens moet ook zo goed mogelijk worden afgestemd op de NA-waarde van de vezel om signaalverlies te voorkomen.
De NA-waarde van de optische vezel bepaalt de divergentiehoek van de optische bundel
Wanneer optische vezels worden gebruikt in combinatie met lenzen of concave spiegels, moet de NA-waarde zo nauwkeurig mogelijk worden afgestemd om energieverlies te voorkomen
Glasvezelspectrometers ontvangen het licht onder hoeken die worden bepaald door hun NA-waarde (Numerical Aperture).Het invallende signaal zal volledig worden benut als de NA van het invallende licht kleiner is dan of gelijk is aan de NA van die spectrometer.Energieverlies treedt op wanneer de NA van invallend licht groter is dan de NA van een spectrometer.Naast glasvezeltransmissie kan optische koppeling in de vrije ruimte worden gebruikt om lichtsignalen te verzamelen.Hierbij wordt parallel licht met behulp van lenzen in een spleet geconvergeerd.Bij het gebruik van optische paden in de vrije ruimte is het belangrijk om geschikte lenzen te kiezen met een NA-waarde die overeenkomt met die van de spectrometer, en er tegelijkertijd voor te zorgen dat de spleet van de spectrometer in het brandpunt van de lens wordt geplaatst om een maximale lichtstroom te bereiken.
Vrije ruimte optische koppeling
Posttijd: 13 december 2023