Los espectrómetros de fibra óptica suelen utilizar fibra óptica como acoplador de señal, que se acopla fotométricamente al espectrómetro para el análisis espectral. Gracias a la comodidad de la fibra óptica, los usuarios pueden construir un sistema de adquisición de espectros con gran flexibilidad.
La ventaja de los espectrómetros de fibra óptica es la modularidad y flexibilidad del sistema de medición. El microespectrómetro de fibra ópticaEl sistema MUT de Alemania es tan rápido que permite realizar análisis en línea. Además, gracias al uso de detectores universales de bajo coste, se reduce el coste del espectrómetro y, por lo tanto, el de todo el sistema de medición.
La configuración básica del espectrómetro de fibra óptica consta de una rejilla, una rendija y un detector. Los parámetros de estos componentes deben especificarse al adquirir el espectrómetro. El rendimiento del espectrómetro depende de la combinación precisa y la calibración de estos componentes. Tras la calibración, estos accesorios no pueden modificarse.
Introducción a la función
rejilla
La elección de la rejilla depende del rango espectral y de los requisitos de resolución. En los espectrómetros de fibra óptica, el rango espectral suele estar entre 200 nm y 2500 nm. Debido a la alta resolución requerida, es difícil obtener un rango espectral amplio. Además, cuanto mayor sea la resolución requerida, menor será el flujo luminoso. Para requisitos de menor resolución y un rango espectral más amplio, la rejilla de 300 líneas/mm es la opción habitual. Si se requiere una resolución espectral relativamente alta, se puede lograr eligiendo una rejilla de 3600 líneas/mm o un detector con mayor resolución de píxeles.
abertura
Una rendija más estrecha puede mejorar la resolución, pero el flujo luminoso es menor. Por otro lado, rendijas más anchas pueden aumentar la sensibilidad, pero a expensas de la resolución. En función de los requisitos de la aplicación, se selecciona el ancho de rendija adecuado para optimizar el resultado general de la prueba.
sonda
El detector determina, en cierto modo, la resolución y la sensibilidad del espectrómetro de fibra óptica. La región fotosensible del detector es, en principio, limitada; se divide en muchos píxeles pequeños para una alta resolución o en menos píxeles, pero de mayor tamaño, para una alta sensibilidad. Generalmente, la sensibilidad del detector CCD es mayor, lo que permite obtener una mejor resolución sin afectar en cierta medida la sensibilidad. Debido a la alta sensibilidad y al ruido térmico del detector InGaAs en el infrarrojo cercano, la relación señal-ruido del sistema puede mejorarse eficazmente mediante refrigeración.
Filtro óptico
Debido al efecto de difracción multietapa del propio espectro, la interferencia de esta difracción puede reducirse mediante el uso del filtro. A diferencia de los espectrómetros convencionales, los espectrómetros de fibra óptica incorporan un revestimiento en el detector, cuya función debe instalarse en fábrica. Además, el revestimiento también actúa como antirreflectante y mejora la relación señal-ruido del sistema.
El rendimiento del espectrómetro está determinado principalmente por el rango espectral, la resolución óptica y la sensibilidad. Cualquier cambio en uno de estos parámetros suele afectar el rendimiento de los demás.
El principal reto del espectrómetro no es maximizar todos los parámetros durante la fabricación, sino lograr que sus indicadores técnicos cumplan con los requisitos de rendimiento para las diferentes aplicaciones en este espacio tridimensional. Esta estrategia permite que el espectrómetro satisfaga a los clientes, maximizando la rentabilidad con una inversión mínima. El tamaño del cubo depende de los indicadores técnicos que el espectrómetro necesita alcanzar, y su tamaño está relacionado con la complejidad y el precio del espectrómetro. Los espectrómetros deben cumplir plenamente con los parámetros técnicos requeridos por los clientes.
Rango espectral
EspectrómetrosLos espectros con un rango espectral menor suelen proporcionar información espectral detallada, mientras que los rangos espectrales amplios ofrecen un alcance visual más amplio. Por lo tanto, el rango espectral del espectrómetro es uno de los parámetros importantes que debe especificarse con claridad.
Los factores que afectan el rango espectral son principalmente la rejilla y el detector, y la rejilla y el detector correspondientes se seleccionan de acuerdo con diferentes requisitos.
sensibilidad
Hablando de sensibilidad, es importante distinguir entre la sensibilidad en fotometría (la intensidad de señal más pequeña que puede alcanzar unespectrómetropuede detectar) y la sensibilidad en estequiometría (la diferencia más pequeña en absorción que un espectrómetro puede medir).
a. Sensibilidad fotométrica
Para aplicaciones que requieren espectrómetros de alta sensibilidad, como fluorescencia y Raman, recomendamos los espectrómetros de fibra óptica termorrefrigerados SEK con detectores CCD de matriz bidimensional de 1024 píxeles termorrefrigerados, así como lentes condensadoras, espejos de oro y rendijas anchas (de 100 μm o más). Este modelo puede utilizar tiempos de integración largos (de 7 milisegundos a 15 minutos) para mejorar la intensidad de la señal, reducir el ruido y mejorar el rango dinámico.
b. Sensibilidad estequiométrica
Para detectar dos valores de tasa de absorción con amplitudes muy cercanas, se requiere no solo la sensibilidad del detector, sino también la relación señal-ruido. El detector con la relación señal-ruido más alta es el detector CCD de matriz bidimensional de 1024 píxeles refrigerado termoeléctrico del espectrómetro SEK, con una relación señal-ruido de 1000:1. El promedio de múltiples imágenes espectrales también puede mejorar la relación señal-ruido, y el aumento del promedio hará que la relación señal-ruido aumente a una velocidad de raíz cuadrada; por ejemplo, un promedio de 100 veces puede aumentar la relación señal-ruido 10 veces, alcanzando 10 000:1.
Resolución
La resolución óptica es un parámetro importante para medir la capacidad de división óptica. Si necesita una resolución óptica muy alta, le recomendamos elegir una rejilla de 1200 líneas/mm o más, junto con una rendija estrecha y un detector CCD de 2048 o 3648 píxeles.
Hora de publicación: 27 de julio de 2023