Los espectrómetros de fibra óptica suelen utilizar fibra óptica como acoplador de señal, la cual se acopla fotométricamente al espectrómetro para el análisis espectral. Gracias a la practicidad de la fibra óptica, los usuarios pueden diseñar sistemas de adquisición de espectros con gran flexibilidad.
La ventaja de los espectrómetros de fibra óptica reside en la modularidad y flexibilidad del sistema de medición. El microespectrómetro de fibra ópticaEl espectrómetro de MUT en Alemania es tan rápido que puede utilizarse para análisis en línea. Además, gracias al uso de detectores universales de bajo coste, se reduce el coste del espectrómetro y, por consiguiente, el de todo el sistema de medición.
La configuración básica del espectrómetro de fibra óptica consta de una rejilla de difracción, una rendija y un detector. Los parámetros de estos componentes deben especificarse al adquirir un espectrómetro. El rendimiento del espectrómetro depende de la combinación y calibración precisas de estos componentes; tras la calibración del espectrómetro de fibra óptica, en principio, estos componentes no deben sufrir modificaciones.
Introducción a la función
rejilla
La elección de la rejilla de difracción depende del rango espectral y la resolución requeridos. En los espectrómetros de fibra óptica, el rango espectral suele estar entre 200 nm y 2500 nm. Debido a la necesidad de una resolución relativamente alta, es difícil obtener un rango espectral amplio; además, a mayor resolución, menor flujo luminoso. Para requisitos de menor resolución y un rango espectral más amplio, se suele optar por una rejilla de 300 líneas/mm. 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 mejora la resolución, pero reduce el flujo luminoso; por otro lado, una rendija más ancha aumenta la sensibilidad, pero disminuye la resolución. Según 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 cierta medida, 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 obtener alta resolución o en menos píxeles, pero más grandes, para obtener alta sensibilidad. Generalmente, la sensibilidad del detector CCD es mayor, por lo que se puede obtener una mejor resolución, aunque con cierta pérdida de 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 propio del espectro, la interferencia de dicha difracción se puede reducir mediante el uso de un filtro. A diferencia de los espectrómetros convencionales, los espectrómetros de fibra óptica cuentan con un recubrimiento en el detector, cuya instalación debe realizarse en fábrica. Este recubrimiento, además de ser antirreflectante, mejora la relación señal/ruido del sistema.
El rendimiento del espectrómetro está determinado principalmente por el rango espectral, la resolución óptica y la sensibilidad. Un cambio en uno de estos parámetros generalmente afectará el rendimiento de los demás.
El principal desafío del espectrómetro no reside en maximizar todos los parámetros durante su fabricación, sino en lograr que sus indicadores técnicos cumplan con los requisitos de rendimiento para las distintas aplicaciones en este espacio tridimensional. Esta estrategia permite que el espectrómetro satisfaga a los clientes, maximizando el retorno de la inversión. El tamaño del cubo depende de los indicadores técnicos que el espectrómetro debe alcanzar, y está relacionado con su complejidad y precio. Los espectrómetros deben cumplir plenamente con los parámetros técnicos requeridos por los clientes.
rango espectral
espectrómetrosLos espectrómetros con un rango espectral más pequeño suelen proporcionar información espectral detallada, mientras que los de rango espectral amplio ofrecen un campo visual más extenso. Por lo tanto, el rango espectral del espectrómetro es uno de los parámetros importantes que deben especificarse claramente.
Los factores que afectan al rango espectral son principalmente la rejilla de difracción y el detector, y la rejilla y el detector correspondientes se seleccionan según los diferentes requisitos.
sensibilidad
Hablando de sensibilidad, es importante distinguir entre sensibilidad en fotometría (la intensidad de señal más pequeña que puede detectar un sensor) y sensibilidad a la luz (la intensidad de señal más pequeña que puede detectar un sensor).espectrómetropuede detectar) y 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 termoenfriados SEK con detectores CCD bidimensionales de 1024 píxeles termoenfriados, lentes condensadoras para el detector, espejos de oro y rendijas anchas (de 100 μm o más). Este modelo permite tiempos de integración prolongados (de 7 milisegundos a 15 minutos) para mejorar la intensidad de la señal, reducir el ruido y aumentar el rango dinámico.
b. Sensibilidad estequiométrica
Para detectar dos valores de tasa de absorción con amplitudes muy similares, se requiere no solo la sensibilidad del detector, sino también una buena relación señal/ruido. El detector con la mayor relación señal/ruido es el detector CCD bidimensional de 1024 píxeles con refrigeración termoeléctrica del espectrómetro SEK, con una relación señal/ruido de 1000:1. El promedio de múltiples imágenes espectrales también mejora la relación señal/ruido, y el aumento del número de promedios incrementa la relación señal/ruido exponencialmente (√2). Por ejemplo, promediar 100 veces la relación señal/ruido se incrementa 10 veces, alcanzando 10 000:1.
Resolución
La resolución óptica es un parámetro importante para medir la capacidad de separación óptica. Si necesita una resolución óptica muy alta, le recomendamos que elija una rejilla con 1200 líneas/mm o más, junto con una rendija estrecha y un detector CCD de 2048 o 3648 píxeles.
Fecha de publicación: 27 de julio de 2023