Cuvinte cheie: VPH Rețeaua olografică în fază solidă, Spectrofotometru de transmisie, Spectrometru de reflexie, Calea optică Czerny-Turner.
1. Prezentare generală
Spectrometrul cu fibră optică poate fi clasificat ca reflexie și transmisie, în funcție de tipul rețelei de difracție.Un rețele de difracție este în esență un element optic, prezentând un număr mare de modele egal distanțate, fie la suprafață, fie în interior.Este un spectrometru cu fibră optică cu componentă critică.Când lumina interacționează cu aceste rețele, se dispersează în unghiuri distincte determinate de lungimi de undă diferite printr-un fenomen cunoscut sub numele de difracție a luminii.
Sus: spectrometru de reflexie de discriminare (stânga) și spectrometru de transmisie (dreapta)
Rețelele de difracție sunt în general clasificate în două tipuri: rețele de reflexie și rețele de transmisie.Rețelele de reflexie pot fi împărțite în continuare în rețele de reflexie plane și rețele concave, în timp ce rețelele de transmisie pot fi subdivizate în rețele de transmisie de tip canelu și rețele de transmisie holografică cu fază volumică (VPH).Acest articol prezintă în principal spectrometrul de reflectanță de tip rețea blaze plan și spectrometrul de transmisie de tip rețea VPH.
Deasupra: grătar de reflexie (stânga) și grătar de transmisie (dreapta).
De ce majoritatea spectrometrelor aleg acum dispersia prin rețea în loc de prismă?Este determinată în primul rând de principiile spectrale ale rețelei.Numărul de linii pe milimetru de pe rețea (densitatea liniilor, unitate: linii/mm) determină capacitățile spectrale ale rețelei.O densitate mai mare a liniei de rețea are ca rezultat o dispersie mai mare a luminii de diferite lungimi de undă după trecerea prin rețea, ceea ce duce la o rezoluție optică mai mare.În general, densitățile disponibile și ale canelurilor de rețea includ 75, 150, 300, 600, 900, 1200, 1800, 2400, 3600 etc., îndeplinind cerințele pentru diferite game spectrale și rezoluții.În timp ce, spectroscopia prismă este limitată de dispersia materialelor din sticlă, unde proprietatea de dispersie a sticlei determină capacitatea spectroscopică a prismei.Deoarece proprietățile dispersive ale materialelor din sticlă sunt limitate, este dificil să se îndeplinească în mod flexibil cerințele diferitelor aplicații spectrale.Prin urmare, este rar utilizat în spectrometrele comerciale cu fibră optică în miniatură.
Legendă: Efectele spectrale ale diferitelor densități ale canalelor de rețea din diagrama de mai sus.
Figura prezintă spectrometria de dispersie a luminii albe prin sticlă și spectrometria de difracție printr-un rețele.
Istoria dezvoltării rețelelor, începe cu clasicul „experiment cu dublă fantă a lui Young”: În 1801, fizicianul britanic Thomas Young a descoperit interferența luminii folosind un experiment cu dublă fante.Lumina monocromatică care trecea prin fante duble prezenta franjuri luminoase și întunecate alternativ.Experimentul cu dublă fantă a validat mai întâi că lumina prezintă caracteristici similare undelor de apă (natura ondulatorie a luminii), provocând senzație în comunitatea fizicii.Ulterior, mai mulți fizicieni au efectuat experimente de interferență cu mai multe fante și au observat fenomenul de difracție a luminii prin rețele.Mai târziu, fizicianul francez Fresnel a dezvoltat teoria de bază a difracției prin rețea combinând tehnicile matematice propuse de omul de știință german Huygens, bazându-se pe aceste rezultate.
Figura prezintă interferența cu dublă fante a lui Young în stânga, cu franjuri luminoase și întunecate alternativ.Difracție cu mai multe fante (dreapta), distribuție a benzilor colorate la diferite ordine.
2. Spectrometru reflectorizant
Spectrometrele de reflexie folosesc de obicei o cale optică compusă dintr-o rețea de difracție plană și oglinzi concave, denumită calea optică Czerny-Turner.Acesta constă, în general, dintr-o fantă, un grătar plan, două oglinzi concave și un detector.Această configurație se caracterizează prin rezoluție înaltă, lumină parazită scăzută și debit optic ridicat.După ce semnalul luminos intră printr-o fantă îngustă, este mai întâi colimat într-un fascicul paralel de un reflector concav, care lovește apoi un rețeau de difracție plană în care lungimile de undă constitutive sunt difractate la unghiuri distincte.În cele din urmă, un reflector concav concentrează lumina difractată pe un fotodetector și semnalele de lungimi de undă diferite sunt înregistrate de pixeli în diferite poziții pe cipul fotodiodei, generând în cele din urmă un spectru.De obicei, un spectrometru de reflexie include, de asemenea, câteva filtre de suprimare a difracției de ordinul doi și lentile de coloană pentru a îmbunătăți calitatea spectrelor de ieșire.
Figura prezintă un spectrometru cu rețea de cale optică CT de tip încrucișat.
Trebuie menționat că Czerny și Turner nu sunt inventatorii acestui sistem optic, ci sunt comemorați pentru contribuțiile lor remarcabile în domeniul opticii — astronomul austriac Adalbert Czerny și omul de știință german Rudolf W. Turner.
Calea optică Czerny-Turner poate fi în general clasificată în două tipuri: încrucișată și desfășurată (tip M).Calea optică încrucișată/calea optică de tip M este mai compactă.Aici, distribuția simetrică stânga-dreapta a două oglinzi concave în raport cu rețeaua plană, prezintă compensarea reciprocă a aberațiilor în afara axei, rezultând o rezoluție optică mai mare.Spectrometrul cu fibră optică SpectraCheck® SR75C utilizează o cale optică de tip M, atinge o rezoluție optică ridicată de până la 0,15 nm în intervalul ultraviolet de 180-340 nm.
Mai sus: cale optică de tip încrucișat/cale optică de tip extins (tip M).
În plus, în afară de grătarele plate, există și un grătar concav.Grilajul concav poate fi înțeles ca o combinație între o oglindă concavă și un grătar.Prin urmare, un spectrometru cu rețea de ardere concavă constă numai dintr-o fantă, un grătar de încălzire concav și un detector, rezultând o stabilitate ridicată.Cu toate acestea, grătarul de flăcări concav a stabilit cerințele atât pentru direcția, cât și pentru distanța luminii incidente difractate, limitând opțiunile disponibile.
Sus: spectrometru cu rețea concavă.
Ora postării: 26-12-2023