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 diseñar sistemas de adquisición de espectro 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 espectrómetro MUT de Alemania es tan rápido que puede utilizarse para análisis en línea. Y gracias al uso de detectores universales de bajo coste, se reduce el coste del espectrómetro y, por lo tanto, se reduce el coste 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 accesorios no pueden sufrir modificaciones.
Introducción a la función
rejilla
La elección de la rejilla depende del rango espectral y de los requisitos de resolución. Para 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; asimismo, cuanto mayor sea la resolución requerida, menor será el flujo luminoso. Para requisitos de menor resolución y mayor rango espectral, 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, una rendija más ancha puede aumentar la sensibilidad, pero a costa de la resolución. En función de los requisitos de cada 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 sensible a la luz del detector es, en principio, limitada; se divide en muchos píxeles pequeños para obtener alta resolución o en menos píxeles, pero de mayor tamaño, para obtener alta sensibilidad. Generalmente, la sensibilidad del detector CCD es superior, por lo que se puede obtener una mejor resolución sin sacrificar la sensibilidad hasta cierto punto. Debido a la alta sensibilidad y al ruido térmico del detector InGaAs en el infrarrojo cercano, la relación señal-ruido del sistema se puede mejorar eficazmente mediante refrigeración.
Filtro óptico
Debido al efecto de difracción multietapa inherente al espectro, la interferencia de dicha difracción puede reducirse mediante el uso de un filtro. A diferencia de los espectrómetros convencionales, los espectrómetros de fibra óptica cuentan con un recubrimiento en el detector, el cual debe instalarse en fábrica. Este recubrimiento 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. Un cambio en uno de estos parámetros generalmente afectará el rendimiento de los demás.
El principal desafío del espectrómetro no radica en maximizar todos los parámetros durante su fabricación, sino en lograr que sus indicadores técnicos cumplan con los requisitos de rendimiento para diversas aplicaciones en este espacio tridimensional. Esta estrategia permite que el espectrómetro satisfaga a los clientes, obteniendo el máximo retorno con la mínima inversión. El tamaño del cubo depende de los indicadores técnicos que el espectrómetro debe alcanzar, y su tamaño está relacionado con la complejidad y el precio del producto. Los espectrómetros deben cumplir plenamente con los parámetros técnicos requeridos por los clientes.
Rango espectral
EspectrómetrosLos espectros con un rango espectral más pequeño suelen proporcionar información espectral detallada, mientras que los rangos espectrales amplios ofrecen un campo visual más extenso. Por lo tanto, el rango espectral del espectrómetro es uno de los parámetros importantes que deben especificarse con precisión.
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 la sensibilidad en fotometría (la intensidad de señal más pequeña que unaespectrómetropuede 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 refrigerados térmicamente de SEK con detectores CCD bidimensionales de 1024 píxeles también refrigerados térmicamente, así como lentes condensadoras para el detector, espejos de oro y rendijas anchas (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 ampliar el rango dinámico.
b. Sensibilidad estequiométrica
Para detectar dos valores de tasa de absorción con amplitudes muy similares, no solo se requiere la sensibilidad del detector, sino también una buena relación señal-ruido. El detector con la mayor relación señal-ruido es el detector CCD bidimensional refrigerado termoeléctrico de 1024 píxeles 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 número de promedios hará que esta relación aumente exponencialmente; por ejemplo, un promedio de 100 veces puede multiplicar la relación señal-ruido por 10, 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 de difracción 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