Paraules clau: VPH Reixa hologràfica en fase sòlida, Espectrofotòmetre de transmissió, Espectròmetre de reflectància, Camí òptic de Czerny-Turner.
1.Visió general
L'espectròmetre de fibra òptica es pot classificar com a reflex i transmissió, segons el tipus de la xarxa de difracció.Una xarxa de difracció és bàsicament un element òptic, que presenta un gran nombre de patrons igualment espaiats a la superfície o internament.És un espectròmetre de fibra òptica de component crític.Quan la llum interacciona amb aquestes reixetes, es dispersa en diferents angles determinats per diferents longituds d'ona mitjançant un fenomen conegut com a difracció de la llum.
A dalt: espectròmetre de reflectància de discriminació (esquerra) i espectròmetre de transmitància (dreta)
Les xarxes de difracció es classifiquen generalment en dos tipus: xarxes de reflexió i de transmissió.Les reixes de reflexió es poden dividir encara més en reixes de reflexió plànol i reixes còncaves, mentre que les reixes de transmissió es poden subdividir en reixes de transmissió de tipus ranura i reixes de transmissió hologràfica en fase de volum (VPH).Aquest article presenta principalment l'espectròmetre de reflectància de tipus reixeta blaze pla i l'espectròmetre de transmitància de tipus reixa VPH.
A dalt: Reixa de reflexió (esquerra) i Reixa de transmissió (dreta).
Per què la majoria dels espectròmetres trien ara la dispersió de la xarxa en lloc del prisma?Està determinat principalment pels principis espectrals de la xarxa.El nombre de línies per mil·límetre a la xarxa (densitat de línia, unitat: línies/mm) determina les capacitats espectrals de la xarxa.Una densitat de línia de reixeta més alta dóna lloc a una major dispersió de la llum de diferents longituds d'ona després de passar per la reixeta, donant lloc a una resolució òptica més alta.En general, les densitats de ranures disponibles i de reixeta inclouen 75, 150, 300, 600, 900, 1200, 1800, 2400, 3600, etc., que compleixen els requisits per a diversos rangs i resolucions espectrals.Mentre que, l'espectroscòpia del prisma està limitada per la dispersió dels materials de vidre, on la propietat dispersiva del vidre determina la capacitat espectroscòpica del prisma.Com que les propietats dispersives dels materials de vidre són limitades, és un repte satisfer de manera flexible els requisits de diverses aplicacions espectrals.Per tant, rarament s'utilitza en espectròmetres comercials de fibra òptica en miniatura.
Títol: efectes espectrals de diferents densitats de solc de reixeta al diagrama anterior.
La figura mostra l'espectrometria de dispersió de la llum blanca a través del vidre i l'espectrometria de difracció a través d'una reixa.
La història del desenvolupament de les reixetes, comença amb el clàssic "experiment de doble escletxa de Young": el 1801, el físic britànic Thomas Young va descobrir la interferència de la llum mitjançant un experiment de doble escletxa.La llum monocromàtica que passava per dobles escletxes presentava serrells alternatius brillants i foscos.L'experiment de doble escletxa va validar per primera vegada que la llum presenta característiques similars a les ones d'aigua (la naturalesa ondulatòria de la llum), provocant una sensació a la comunitat física.Posteriorment, diversos físics van realitzar experiments d'interferència amb múltiples escletxes i van observar el fenomen de difracció de la llum a través de reixes.Més tard, el físic francès Fresnel va desenvolupar la teoria bàsica de la difracció de xarxa combinant les tècniques matemàtiques presentades pel científic alemany Huygens, basant-se en aquests resultats.
La figura mostra la interferència de doble escletxa de Young a l'esquerra, amb serrells brillants i foscos alternats.Difracció multiescletxa (dreta), distribució de bandes de colors en diferents ordres.
2.Espectròmetre reflexiu
Els espectròmetres de reflexió solen emprar un camí òptic compost per una xarxa de difracció plana i miralls còncaus, conegut com el camí òptic de Czerny-Turner.Generalment consta d'una escletxa, una reixa plana, dos miralls còncaus i un detector.Aquesta configuració es caracteritza per una alta resolució, poca llum dispersa i un alt rendiment òptic.Després que el senyal de llum entra a través d'una escletxa estreta, primer és col·limat en un feix paral·lel per un reflector còncau, que després colpeja una xarxa difractiva plana on les longituds d'ona constitutives es difracten en diferents angles.Finalment, un reflector còncau enfoca la llum difractada en un fotodetector i els senyals de diferents longituds d'ona es registren per píxels en diferents posicions del xip del fotodíode, generant finalment un espectre.Normalment, un espectròmetre de reflexió també inclou alguns filtres de supressió de difracció de segon ordre i lents de columna per millorar la qualitat dels espectres de sortida.
La figura mostra un espectròmetre de reixeta de recorregut òptic CT de tipus creuat.
Cal esmentar que Czerny i Turner no són els inventors d'aquest sistema òptic, sinó que són commemorats per les seves destacades contribucions al camp de l'òptica: l'astrònom austríac Adalbert Czerny i el científic alemany Rudolf W. Turner.
El camí òptic de Czerny-Turner generalment es pot classificar en dos tipus: creuat i desplegat (tipus M).El camí òptic creuat / camí òptic de tipus M és més compacte.Aquí, la distribució simètrica esquerra-dreta de dos miralls còncaus en relació a la reixa plana, presenta una compensació mútua de les aberracions fora de l'eix, donant lloc a una resolució òptica més alta.L'espectròmetre de fibra òptica SpectraCheck® SR75C utilitza un camí òptic de tipus M, aconsegueix una alta resolució òptica de fins a 0,15 nm en el rang ultraviolat de 180-340 nm.
A dalt: camí òptic de tipus creuat/camí òptic de tipus expandit (tipus M).
A més, a part de les reixes planes, també hi ha una reixeta còncava.La reixa còncau de foc es pot entendre com una combinació d'un mirall còncau i una reixa.Per tant, un espectròmetre de reixeta de flames còncau consisteix només en una escletxa, una reixeta de flames còncau i un detector, donant lloc a una gran estabilitat.No obstant això, la reixeta còncava de foc estableix el requisit tant de la direcció com de la distància de la llum incident-difracta, limitant les opcions disponibles.
A dalt: espectròmetre de reixeta còncava.
Hora de publicació: 26-12-2023