Palabras chave: VPH Reixa holográfica de fase sólida, Espectrofotómetro de transmisión, Espectrómetro de reflectancia, Camiño óptico de Czerny-Turner.
1.Descrición xeral
O espectrómetro de fibra óptica pódese clasificar como de reflexión e transmisión, segundo o tipo da rede de difracción.Unha rede de difracción é basicamente un elemento óptico, que presenta un gran número de patróns igualmente espaciados na superficie ou internamente.É un espectrómetro de fibra óptica de compoñente crítico.Cando a luz interactúa con estas reixas, dispersase en distintos ángulos determinados por diferentes lonxitudes de onda a través dun fenómeno coñecido como difracción da luz.
Arriba: espectrómetro de reflectancia de discriminación (esquerda) e espectrómetro de transmitancia (dereita)
As redes de difracción clasifícanse xeralmente en dous tipos: redes de reflexión e de transmisión.As reixas de reflexión pódense dividir aínda máis en reixas de reflexión plana e reixas cóncavas, mentres que as reixas de transmisión pódense subdividir en reixas de transmisión de tipo ranura e reixas de transmisión holográficas en fase de volume (VPH).Este artigo presenta principalmente o espectrómetro de reflectancia de tipo reixa de lume e o espectrómetro de transmitancia de tipo reixa VPH.
Arriba: Reixa de reflexión (esquerda) e Reixa de transmisión (dereita).
Por que a maioría dos espectrómetros escollen agora a dispersión de reixa en lugar do prisma?Está determinado principalmente polos principios espectrais da reixa.O número de liñas por milímetro na rede (densidade de liña, unidade: liñas/mm) determina as capacidades espectrais da rede.Unha maior densidade de liña de reixa produce unha maior dispersión da luz de diferentes lonxitudes de onda despois de pasar pola reixa, o que leva a unha maior resolución óptica.Xeralmente, as densidades de sucos dispoñibles e de reixa inclúen 75, 150, 300, 600, 900, 1200, 1800, 2400, 3600, etc., cumprindo os requisitos para varios rangos e resolucións espectrais.Mentres, a espectroscopia do prisma está limitada pola dispersión de materiais de vidro, onde a propiedade dispersiva do vidro determina a capacidade espectroscópica do prisma.Dado que as propiedades dispersivas dos materiais de vidro son limitadas, é un reto satisfacer de forma flexible os requisitos de varias aplicacións espectrais.Polo tanto, raramente se usa en espectrómetros comerciais de fibra óptica en miniatura.
Lenda: efectos espectrais de diferentes densidades de sucos de reixa no diagrama anterior.
A figura mostra a espectrometría de dispersión da luz branca a través do vidro e a espectrometría de difracción a través dunha reixa.
A historia do desenvolvemento das reixas, comeza co clásico "experimento de dobre fenda de Young": en 1801, o físico británico Thomas Young descubriu a interferencia da luz mediante un experimento de dobre fenda.A luz monocromática que pasaba por dobres fendas presentaba franxas alternas brillantes e escuras.O experimento de dobre fenda validou por primeira vez que a luz presenta características similares ás ondas de auga (a natureza ondulatoria da luz), causando sensación na comunidade física.Posteriormente, varios físicos realizaron experimentos de interferencia con múltiples fendas e observaron o fenómeno de difracción da luz a través de redes.Máis tarde, o físico francés Fresnel desenvolveu a teoría básica da difracción en rede combinando as técnicas matemáticas presentadas polo científico alemán Huygens, baseándose nestes resultados.
A figura mostra a interferencia de dobre fenda de Young á esquerda, con franxas brillantes e escuras alternadas.Difracción de múltiples fendas (dereita), distribución de bandas de cores en diferentes ordes.
2.Espectrómetro reflexivo
Os espectrómetros de reflexión normalmente empregan un camiño óptico composto por unha rede de difracción plana e espellos cóncavos, denominado camiño óptico de Czerny-Turner.Xeralmente consta dunha fenda, unha reixa plana, dous espellos cóncavos e un detector.Esta configuración caracterízase por unha alta resolución, pouca luz perdida e un alto rendemento óptico.Despois de que o sinal luminoso entra a través dunha fenda estreita, primeiro é colimado nun feixe paralelo por un reflector cóncavo, que logo incide nunha rede difractiva plana onde as lonxitudes de onda constituíntes son difractadas en distintos ángulos.Finalmente, un reflector cóncavo enfoca a luz difractada nun fotodetector e os sinais de diferentes lonxitudes de onda son rexistrados por píxeles en diferentes posicións do chip de fotodiodo, xerando finalmente un espectro.Normalmente, un espectrómetro de reflexión tamén inclúe algúns filtros de supresión de difracción de segunda orde e lentes de columna para mellorar a calidade dos espectros de saída.
A figura mostra un espectrómetro de reixa de camiños ópticos CT tipo cruz.
Cómpre mencionar que Czerny e Turner non son os inventores deste sistema óptico senón que son conmemorados polas súas destacadas contribucións ao campo da óptica —o astrónomo austríaco Adalbert Czerny e o científico alemán Rudolf W. Turner—.
O camiño óptico de Czerny-Turner pódese clasificar xeralmente en dous tipos: cruzado e despregado (tipo M).O camiño óptico cruzado / camiño óptico tipo M é máis compacto.Aquí, a distribución simétrica esquerda-dereita de dous espellos cóncavos en relación á reixa plana, presenta unha compensación mutua das aberracións fóra do eixe, o que resulta nunha resolución óptica máis alta.O espectrómetro de fibra óptica SpectraCheck® SR75C emprega un camiño óptico de tipo M, alcanza unha alta resolución óptica de ata 0,15 nm no rango ultravioleta de 180-340 nm.
Arriba: camiño óptico de tipo cruzado/traxecto óptico de tipo expandido (tipo M).
Ademais, ademais das reixas planas, tamén hai unha reixa cóncava.A reixa blaze cóncava pódese entender como unha combinación dun espello cóncavo e unha reixa.Polo tanto, un espectrómetro de reixa de incendio cóncava consiste só nunha fenda, unha reixa de reixa cóncava e un detector, o que resulta nunha gran estabilidade.Non obstante, a reixa de incendios cóncava estableceu o requisito tanto na dirección como na distancia da luz incidente difracta, limitando as opcións dispoñibles.
Arriba: espectrómetro de reixa cóncava.
Hora de publicación: 26-12-2023