Mga Keyword: VPH Solid-phase holographic grating, Transmittance spectrophotometer, Reflectance spectrometer, Czerny-Turner Optical path.
1.pangkahalatang ideya
Ang fiber optic spectrometer ay maaaring uriin bilang reflection at transmission, ayon sa uri ng diffraction grating.Ang diffraction grating ay karaniwang isang optical element, na nagtatampok ng malaking bilang ng mga pattern na pantay-pantay sa ibabaw o sa loob.Ito ay isang kritikal na bahagi ng fiber optic spectrometer.Kapag nakipag-ugnayan ang liwanag sa mga grating na ito, maghiwa-hiwalay sa mga natatanging anggulo na tinutukoy ng iba't ibang wavelength sa pamamagitan ng isang phenomenon na kilala bilang light diffraction.
Sa itaas: Discrimination reflectance spectrometer (kaliwa) at transmittance spectrometer (kanan)
Ang mga diffraction grating ay karaniwang inuri sa dalawang uri: reflection at Transmission gratings.Ang mga reflection grating ay maaaring higit pang hatiin sa plane reflection grating at concave grating, habang ang transmission grating ay maaaring hatiin sa groove-type transmission grating at volume phase holographic (VPH) transmission grating.Pangunahing ipinakilala ng artikulong ito ang plane blaze grating-type reflectance spectrometer at ang VPH grating-type transmittance spectrometer.
Sa itaas: Reflection grating (kaliwa) at Transmission grating (kanan).
Bakit pinipili na ngayon ng karamihan sa mga spectrometer ang grating dispersion sa halip na prisma?Ito ay pangunahing tinutukoy ng mga prinsipyo ng parang multo ng grating.Tinutukoy ng bilang ng mga linya bawat milimetro sa rehas na bakal (line density, unit: lines/mm) ang mga spectral na kakayahan ng grating.Ang isang mas mataas na densidad ng linya ng grating ay nagreresulta sa mas malaking pagpapakalat ng liwanag ng iba't ibang mga wavelength pagkatapos na dumaan sa grating, na humahantong sa mas mataas na optical resolution.Sa pangkalahatan, ang available at grating groove density ay kinabibilangan ng 75, 150, 300, 600, 900, 1200, 1800, 2400, 3600, atbp., na nakakatugon sa mga kinakailangan para sa iba't ibang spectral range at resolution.Habang, ang prism spectroscopy ay limitado sa pamamagitan ng pagpapakalat ng mga materyales sa salamin, kung saan ang dispersive property ng salamin ay tumutukoy sa spectroscopic na kakayahan ng prism.Dahil limitado ang mga dispersive na katangian ng mga materyales sa salamin, mahirap na flexible na matugunan ang mga kinakailangan ng iba't ibang spectral na aplikasyon.Samakatuwid, ito ay bihirang ginagamit sa komersyal na miniature fiber optic spectrometers.
Caption: Spectral effect ng iba't ibang grating groove density sa diagram sa itaas.
Ipinapakita ng figure ang dispersion spectrometry ng puting liwanag sa pamamagitan ng salamin at diffraction spectrometry sa pamamagitan ng isang grating.
Ang kasaysayan ng pag-unlad ng mga gratings, ay nagsimula sa klasikong "Young's double-slit experiment": Noong 1801, natuklasan ng British physicist na si Thomas Young ang interference ng liwanag gamit ang double-slit experiment.Ang monochromatic na liwanag na dumadaan sa mga double slit ay nagpakita ng salit-salit na maliwanag at madilim na mga palawit.Unang napatunayan ng double-slit experiment na ang liwanag ay nagpapakita ng mga katangiang katulad ng mga water wave (ang wave nature ng liwanag), na nagdudulot ng sensasyon sa komunidad ng pisika.Kasunod nito, ilang physicist ang nagsagawa ng multiple-slit interference experiments at naobserbahan ang diffraction phenomenon ng liwanag sa pamamagitan ng gratings.Nang maglaon, binuo ng French physicist na si Fresnel ang pangunahing teorya ng grating diffraction sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga mathematical technique na inilabas ng German scientist na si Huygens, na gumuhit sa mga resultang ito.
Ipinapakita ng figure ang double-slit interference ni Young sa kaliwa, na may salit-salit na maliwanag at madilim na mga palawit.Multi-slit diffraction (kanan), distribution ng colored bands sa iba't ibang order.
2.Reflective Spectrometer
Ang reflection spectrometer ay karaniwang gumagamit ng optical path na binubuo ng plane diffraction grating at concave mirror, na tinutukoy bilang ang Czerny-Turner optical path.Ito ay karaniwang binubuo ng isang hiwa, isang plane blaze grating, dalawang malukong salamin, at isang detektor.Ang configuration na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na resolution, mababang stray light, at mataas na optical throughput.Matapos pumasok ang liwanag na signal sa pamamagitan ng isang makitid na hiwa, ito ay unang na-collimate sa isang parallel beam ng isang malukong reflector, na pagkatapos ay tumama sa isang planar diffractive grating kung saan ang mga constituent wavelength ay diffracted sa magkakaibang mga anggulo.Sa wakas, ang isang malukong reflector ay nakatutok sa diffracted na ilaw sa isang photodetector at ang mga signal ng iba't ibang wavelength ay naitala ng mga pixel sa iba't ibang posisyon sa photodiode chip, sa huli ay bumubuo ng isang spectrum.Karaniwan, ang isang reflection spectrometer ay nagsasama rin ng ilang pangalawang-order na diffraction-suppressing na mga filter at column lens upang mapabuti ang kalidad ng output spectra.
Ang figure ay nagpapakita ng isang cross-type na CT optical path grating spectrometer.
Dapat banggitin na sina Czerny at Turner ay hindi ang mga imbentor ng optical system na ito ngunit ginugunita dahil sa kanilang namumukod-tanging kontribusyon sa larangan ng optika—ang Austrian astronomer na si Adalbert Czerny at German scientist na si Rudolf W. Turner.
Ang Czerny-Turner optical path ay karaniwang maaaring uriin sa dalawang uri: crossed at unfolded (M-type).Ang crossed optical path/M-type na optical path ay mas compact.Dito, ang kaliwa-kanang simetriko na pamamahagi ng dalawang malukong salamin na may kaugnayan sa plane grating, ay nagpapakita ng mutual compensation ng mga off-axis aberrations, na nagreresulta sa mas mataas na optical resolution.Ang SpectraCheck® SR75C fiber optic spectrometer ay gumagamit ng M-type na optical path, na nakakamit ng mataas na optical resolution hanggang sa 0.15nm sa ultraviolet range na 180-340 nm.
Sa itaas: Cross-type na optical path/expanded-type (M-type) na optical path.
Bilang karagdagan, bukod sa mga flat blaze grating, mayroon ding malukong blaze grating.Ang malukong blaze grating ay maaaring maunawaan bilang isang kumbinasyon ng isang malukong salamin at isang grating.Samakatuwid, ang isang concave blaze grating spectrometer ay binubuo lamang ng isang slit, isang concave blaze grating, at isang detector, na nagreresulta sa mataas na katatagan.Gayunpaman, ang concave blaze grating ay nagtakda ng kinakailangan sa parehong direksyon at distansya ng incident-diffracted na liwanag, na nililimitahan ang mga available na opsyon.
Sa itaas: Concave grating spectrometer.
Oras ng post: Dis-26-2023