Articolul 2: Ce este un spectrometru cu fibră optică și cum alegeți fanta și fibra corespunzătoare?
Spectrometrele cu fibră optică reprezintă în prezent clasa predominantă de spectrometre.Această categorie de spectrometre permite transmiterea semnalelor optice printr-un cablu de fibră optică, adesea numit jumper de fibră optică, ceea ce facilitează o flexibilitate sporită și confort în analiza spectrală și configurarea sistemului.Spre deosebire de spectrometrele convenționale mari de laborator, echipate cu distanțe focale de obicei cuprinse între 300 mm și 600 mm și care utilizează rețele de scanare, spectrometrele cu fibră optică utilizează rețele fixe, eliminând nevoia de motoare rotative.Distanțele focale ale acestor spectrometre sunt de obicei în intervalul de 200 mm sau pot fi chiar mai scurte, până la 30 mm sau 50 mm.Aceste instrumente au dimensiuni foarte compacte și sunt denumite în mod obișnuit spectrometre cu fibră optică miniaturală.
Spectrometru cu fibre miniaturale
Un spectrometru miniatural cu fibră optică este mai popular în industrii datorită compactității, rentabilității, capacităților de detectare rapidă și flexibilității remarcabile.Spectrometrul cu fibră optică în miniatură cuprinde în mod obișnuit o fantă, oglindă concavă, rețea, detector CCD/CMOS și circuite de unitate asociate.Este conectat la software-ul computerului gazdă (PC) fie prin cablu USB, fie prin cablu serial pentru a finaliza colectarea datelor spectrale.
Structura spectrometrului cu fibră optică
Spectrometrul cu fibră optică este echipat cu un adaptor de interfață pentru fibră, oferă o conexiune sigură pentru fibra optică.Interfețele de fibră SMA-905 sunt utilizate în majoritatea spectrometrelor cu fibră optică, dar unele aplicații necesită interfețe FC/PC sau non-standard, cum ar fi interfața de fibră multinucleu cilindrică cu diametrul de 10 mm.
Interfață fibră SMA905 (neagră), interfață fibră FC/PC (galben).Există un slot pe interfața FC/PC pentru poziționare.
Semnalul optic, după ce trece prin fibra optică, va trece mai întâi printr-o fantă optică.Spectrometrele miniaturale folosesc de obicei fante nereglabile, unde lățimea fantei este fixă.În timp ce, spectrometrul cu fibră optică JINSP oferă lățimi standard de fante de 10μm, 25μm, 50μm, 100μm și 200μm în diverse specificații, iar personalizările sunt, de asemenea, disponibile în funcție de cerințele utilizatorului.
Modificarea lățimii fantelor poate afecta fluxul de lumină și rezoluția optică în mod obișnuit, acești doi parametri prezintă o relație de compromis.Cu cât lățimea fantei este mai îngustă, rezoluția optică este mai mare, deși în detrimentul fluxului de lumină redus.Este esențial să rețineți că extinderea fantei pentru a crește fluxul de lumină are limitări sau este neliniară.În mod similar, reducerea fantei are limitări în ceea ce privește rezoluția realizabilă.Utilizatorii trebuie să evalueze și să selecteze fanta potrivită în conformitate cu cerințele lor reale, cum ar fi acordarea de prioritate fluxului luminos sau rezoluției optice.În acest sens, documentația tehnică furnizată pentru spectrometrele cu fibră optică JINSP include un tabel cuprinzător care corelează lățimile fantelor cu nivelurile lor de rezoluție corespunzătoare, servind drept referință valoroasă pentru utilizatori.
Un decalaj îngust
Tabel de comparație cu rezoluția fantei
Utilizatorii, în timpul instalării unui sistem de spectrometru, trebuie să aleagă fibre optice adecvate pentru recepția și transmiterea semnalelor către poziția fantă a spectrometrului.Trei parametri importanți trebuie să fie luați în considerare la selectarea fibrelor optice.Primul parametru este diametrul miezului, care este disponibil într-o gamă de posibilități, inclusiv 5μm, 50μm, 105μm, 200μm, 400μm, 600μm și chiar și diametre mai mari de peste 1 mm.Este important de reținut că creșterea diametrului miezului poate spori energia primită la capătul frontal al fibrei optice.Cu toate acestea, lățimea fantei și înălțimea detectorului CCD/CMOS limitează semnalele optice pe care le poate recepționa spectrometrul.Deci, creșterea diametrului miezului nu îmbunătățește neapărat sensibilitatea.Utilizatorii ar trebui să aleagă diametrul miezului adecvat pe baza configurației actuale a sistemului.Pentru spectrometrele B&W Tek care utilizează detectoare CMOS liniare în modele precum SR50C și SR75C, cu o configurație de fantă de 50μm, se recomandă utilizarea unei fibre optice cu diametrul miezului de 200μm pentru recepția semnalului.Pentru spectrometrele cu detectoare CCD cu zonă internă în modele precum SR100B și SR100Z, poate fi potrivit să se ia în considerare fibre optice mai groase, cum ar fi 400μm sau 600μm, pentru recepția semnalului.
Diferite diametre ale fibrei optice
Semnal cu fibră optică cuplat la fantă
Al doilea aspect este domeniul lungimii de undă de operare și materialele fibrelor optice.Materialele cu fibre optice includ în mod obișnuit fibre High-OH (hidroxil ridicat), OH scăzut (hidroxil scăzut) și fibre rezistente la UV.Materialele diferite au caracteristici de transmisie cu lungimi de undă diferite.Fibrele optice cu OH ridicat sunt utilizate în mod obișnuit în domeniul luminii ultraviolete/vizibile (UV/VIS), în timp ce fibrele cu OH scăzut sunt utilizate în domeniul infraroșu apropiat (NIR).Pentru gama ultravioletă, trebuie luate în considerare fibre speciale rezistente la UV.Utilizatorii ar trebui să aleagă fibra optică adecvată în funcție de lungimea de undă de operare.
Al treilea aspect este valoarea deschiderii numerice (NA) a fibrelor optice.Datorită principiilor de emisie ale fibrelor optice, lumina emisă de la capătul fibrei este limitată într-un anumit interval de unghi de divergență, care este caracterizat de valoarea NA.Fibrele optice multimodale au în general valori NA de 0,1, 0,22, 0,39 și 0,5 ca opțiuni comune.Luând ca exemplu cel mai comun 0,22 NA, înseamnă că diametrul spotului fibrei după 50 mm este de aproximativ 22 mm, iar după 100 mm, diametrul este de 44 mm.Atunci când proiectează un spectrometru, producătorii iau în considerare de obicei potrivirea valorii NA a fibrei optice cât mai aproape posibil pentru a asigura recepția maximă a energiei.În plus, valoarea NA a fibrei optice este legată de cuplarea lentilelor la capătul frontal al fibrei.Valoarea NA a lentilei ar trebui, de asemenea, să se potrivească cât mai aproape de valoarea NA a fibrei pentru a evita pierderea semnalului.
Valoarea NA a fibrei optice determină unghiul de divergență al fasciculului optic
Atunci când fibrele optice sunt utilizate împreună cu lentile sau oglinzi concave, valoarea NA ar trebui să fie corelată cât mai aproape posibil pentru a evita pierderea de energie.
Spectrometrele cu fibră optică primesc lumina la unghiuri determinate de valoarea lor NA (Apertura numerică).Semnalul incident va fi utilizat pe deplin dacă NA a luminii incidente este mai mică sau egală cu NA acelui spectrometru.Pierderea de energie are loc atunci când NA a luminii incidente este mai mare decât NA a spectrometrului.Pe lângă transmisia prin fibră optică, cuplarea optică în spațiu liber poate fi utilizată pentru a colecta semnale luminoase.Aceasta implică convergerea luminii paralele într-o fantă folosind lentile.Când utilizați căi optice în spațiu liber, este important să alegeți lentile adecvate cu o valoare NA care să se potrivească cu cea a spectrometrului, asigurându-vă totodată că fanta spectrometrului este poziționată la focalizarea lentilei pentru a obține fluxul luminos maxim.
Cuplaj optic în spațiu liber
Ora postării: 13-12-2023