Artigo 2: Que é un espectrómetro de fibra óptica e como elixes a fenda e a fibra adecuadas?
Os espectrómetros de fibra óptica representan actualmente a clase predominante de espectrómetros.Esta categoría de espectrómetros permite a transmisión de sinais ópticos a través dun cable de fibra óptica, a miúdo chamado puente de fibra óptica, o que facilita unha maior flexibilidade e comodidade na análise espectral e na configuración do sistema.En contraste cos espectrómetros de gran laboratorio convencionais equipados con distancias focales que normalmente oscilan entre 300 mm e 600 mm e que empregan reixas de exploración, os espectrómetros de fibra óptica empregan reixas fixas, eliminando a necesidade de motores rotativos.As distancias focales destes espectrómetros adoitan estar no rango de 200 mm, ou poden ser aínda máis curtas, ata 30 mm ou 50 mm.Estes instrumentos son de tamaño moi compacto e comunmente denomínanse espectrómetros de fibra óptica en miniatura.
Espectrómetro de fibra en miniatura
Un espectrómetro de fibra óptica en miniatura é máis popular nas industrias debido á súa compacidade, rendibilidade, capacidades de detección rápida e flexibilidade notable.O espectrómetro de fibra óptica en miniatura normalmente comprende unha fenda, espello cóncavo, reixa, detector CCD/CMOS e circuítos de unidade asociados.Conéctase ao software do ordenador host (PC) mediante un cable USB ou un cable serie para completar a recollida de datos espectrais.
Estrutura do espectrómetro de fibra óptica
O espectrómetro de fibra óptica está equipado cun adaptador de interface de fibra, proporciona unha conexión segura para fibra óptica.As interfaces de fibra SMA-905 úsanse na maioría dos espectrómetros de fibra óptica, aínda que algunhas aplicacións requiren interfaces de fibra FC/PC ou non estándar, como a interface de fibra multinúcleo cilíndrica de 10 mm de diámetro.
Interface de fibra SMA905 (negro), interface de fibra FC/PC (amarelo).Hai un slot na interface FC/PC para o posicionamento.
O sinal óptico, despois de pasar pola fibra óptica, pasará primeiro por unha fenda óptica.Os espectrómetros en miniatura normalmente usan fendas non axustables, onde o ancho da fenda é fixo.Considerando que, o espectrómetro de fibra óptica JINSP ofrece anchos de fendas estándar de 10 μm, 25 μm, 50 μm, 100 μm e 200 μm en varias especificacións, e tamén están dispoñibles personalizacións segundo os requisitos do usuario.
O cambio na anchura das fendas pode afectar o fluxo luminoso e a resolución óptica normalmente, estes dous parámetros presentan unha relación de compensación.Menor ancho da fenda, maior resolución óptica, aínda que a costa dun fluxo luminoso reducido.É esencial ter en conta que expandir a fenda para aumentar o fluxo luminoso ten limitacións ou non é lineal.Do mesmo xeito, reducir a fenda ten limitacións na resolución alcanzable.Os usuarios deben valorar e seleccionar a fenda adecuada de acordo cos seus requisitos reais, como dar prioridade ao fluxo luminoso ou á resolución óptica.Neste sentido, a documentación técnica facilitada para os espectrómetros de fibra óptica JINSP inclúe unha ampla táboa que relaciona os anchos de fendas cos seus correspondentes niveis de resolución, servindo de valiosa referencia para os usuarios.
Unha brecha estreita
Táboa de comparación de resolución de fendas
Os usuarios, mentres configuran un sistema de espectrómetro, deben escoller as fibras ópticas adecuadas para recibir e transmitir sinais á posición da fenda do espectrómetro.É necesario ter en conta tres parámetros importantes á hora de seleccionar fibras ópticas.O primeiro parámetro é o diámetro do núcleo, que está dispoñible nunha variedade de posibilidades, incluíndo 5 μm, 50 μm, 105 μm, 200 μm, 400 μm, 600 μm e incluso diámetros maiores máis alá de 1 mm.É importante ter en conta que o aumento do diámetro do núcleo pode mellorar a enerxía recibida na parte frontal da fibra óptica.Non obstante, o ancho da fenda e a altura do detector CCD/CMOS limitan os sinais ópticos que pode recibir o espectrómetro.Polo tanto, aumentar o diámetro do núcleo non mellora necesariamente a sensibilidade.Os usuarios deben escoller o diámetro do núcleo adecuado en función da configuración real do sistema.Para os espectrómetros de B&W Tek que usan detectores CMOS lineais en modelos como SR50C e SR75C, cunha configuración de fenda de 50 μm, recoméndase utilizar unha fibra óptica de núcleo de 200 μm para a recepción do sinal.Para espectrómetros con detectores CCD de área interna en modelos como SR100B e SR100Z, pode ser axeitado considerar fibras ópticas máis grosas, como 400μm ou 600μm, para a recepción do sinal.
Diferentes diámetros de fibra óptica
Sinal de fibra óptica acoplada á fenda
O segundo aspecto é o rango de lonxitude de onda de funcionamento e os materiais das fibras ópticas.Os materiais de fibra óptica normalmente inclúen fibras resistentes aos UV (hidroxilo alto), OH baixo (hidroxilo baixo) e resistentes aos UV.Diferentes materiais teñen diferentes características de transmisión de lonxitude de onda.As fibras ópticas de alto OH úsanse normalmente no rango de luz ultravioleta/visible (UV/VIS), mentres que as fibras de baixo OH úsanse no rango do infravermello próximo (NIR).Para o rango ultravioleta, débense considerar fibras especiais resistentes aos UV.Os usuarios deben escoller a fibra óptica adecuada en función da súa lonxitude de onda de funcionamento.
O terceiro aspecto é o valor da apertura numérica (NA) das fibras ópticas.Debido aos principios de emisión das fibras ópticas, a luz emitida polo extremo da fibra está limitada a un certo intervalo de ángulos de diverxencia, que se caracteriza polo valor NA.As fibras ópticas multimodo xeralmente teñen valores NA de 0,1, 0,22, 0,39 e 0,5 como opcións comúns.Tomando como exemplo o 0,22 NA máis común, significa que o diámetro do punto da fibra despois de 50 mm é de aproximadamente 22 mm, e despois de 100 mm, o diámetro é de 44 mm.Ao deseñar un espectrómetro, os fabricantes adoitan considerar facer coincidir o valor NA da fibra óptica o máis preto posible para garantir a máxima recepción de enerxía.Ademais, o valor NA da fibra óptica está relacionado co acoplamento de lentes no extremo frontal da fibra.O valor NA da lente tamén debe coincidir o máis posible co valor NA da fibra para evitar a perda de sinal.
O valor NA da fibra óptica determina o ángulo de diverxencia do feixe óptico
Cando se usan fibras ópticas en conxunto con lentes ou espellos cóncavos, o valor de NA debe coincidir o máis posible para evitar a perda de enerxía.
Os espectrómetros de fibra óptica reciben a luz en ángulos determinados polo seu valor NA (Apertura Numérica).O sinal incidente utilizarase plenamente se o NA da luz incidente é menor ou igual ao NA dese espectrómetro.A perda de enerxía prodúcese cando o NA da luz incidente é maior que o NA do espectrómetro.Ademais da transmisión de fibra óptica, pódese utilizar o acoplamento óptico de espazo libre para recoller sinais luminosos.Isto implica converxer a luz paralela nunha fenda usando lentes.Cando se usan camiños ópticos de espazo libre, é importante escoller lentes axeitadas cun valor de NA que coincida co do espectrómetro, ao tempo que se garante que a fenda do espectrómetro estea situada no foco da lente para conseguir o máximo fluxo luminoso.
Acoplamento óptico de espazo libre
Hora de publicación: 13-12-2023