کلمات کلیدی: گریتینگ هولوگرافی فاز جامد VPH، اسپکتروفتومتر عبوری، طیف سنج بازتابی، مسیر نوری Czerny-Turner.
1. بررسی اجمالی
طیف‌سنج فیبر نوری را می‌توان با توجه به نوع توری پراش به عنوان بازتاب و انتقال طبقه‌بندی کرد.توری پراش اساساً یک عنصر نوری است که دارای تعداد زیادی الگوی با فاصله مساوی در سطح یا داخل است.این یک طیف سنج فیبر نوری جزء حیاتی است.هنگامی که نور با این توری ها تعامل می کند، از طریق پدیده ای به نام پراش نور به زوایای متمایز تعیین شده توسط طول موج های مختلف پراکنده می شود.
در بالا: طیف سنج بازتابی تفکیک (چپ) و طیف سنج عبوری (راست)
گریتینگ های پراش به طور کلی به دو نوع تقسیم می شوند: گریتینگ های بازتابی و انتقالی.گریتینگ های بازتابی را می توان به گریتینگ های بازتابی صفحه و گریتینگ های مقعر تقسیم کرد، در حالی که گریتینگ های انتقال را می توان به گریتینگ های انتقال نوع شیار و گریتینگ های انتقال هولوگرافی فاز حجمی (VPH) تقسیم کرد.این مقاله عمدتاً طیف‌سنج بازتابی از نوع گریتینگ بلیز و طیف‌سنج عبوری نوع گریتینگ VPH را معرفی می‌کند.
در بالا: گریت انعکاسی (چپ) و گریت انتقال (راست).
چرا اکثر طیف‌سنج‌ها اکنون به جای منشور، پراکندگی گریتینگ را انتخاب می‌کنند؟در درجه اول توسط اصول طیفی توری تعیین می شود.تعداد خطوط در میلی متر روی گریتینگ (تراکم خط، واحد: خطوط/mm) قابلیت های طیفی گریتینگ را تعیین می کند.چگالی خط توری بالاتر باعث پراکندگی بیشتر نور با طول موج های مختلف پس از عبور از گریتینگ می شود که منجر به وضوح نوری بالاتر می شود.به طور کلی، تراکم شیارهای موجود و گریتینگ شامل 75، 150، 300، 600، 900، 1200، 1800، 2400، 3600 و غیره است که نیازهای محدوده طیفی و وضوح های مختلف را برآورده می کند.در حالی که، طیف‌سنجی منشوری توسط پراکندگی مواد شیشه‌ای محدود می‌شود، جایی که خاصیت پراکندگی شیشه، قابلیت طیف‌سنجی منشور را تعیین می‌کند.از آنجایی که خواص پراکندگی مواد شیشه ای محدود است، پاسخگویی انعطاف پذیر به الزامات کاربردهای طیفی مختلف چالش برانگیز است.بنابراین، به ندرت در طیف سنج های فیبر نوری مینیاتوری تجاری استفاده می شود.
عنوان: اثرات طیفی چگالی های مختلف شیار گریتینگ در نمودار بالا.
شکل، طیف سنجی پراکندگی نور سفید از طریق شیشه و طیف سنجی پراش از طریق یک توری را نشان می دهد.
تاریخچه توسعه گریتینگ ها با آزمایش کلاسیک "آزمایش دو شکاف یانگ" شروع می شود: در سال 1801، توماس یانگ، فیزیکدان بریتانیایی، تداخل نور را با استفاده از آزمایش دو شکاف کشف کرد.نور تک رنگی که از شکاف های دوتایی عبور می کرد، حاشیه های روشن و تاریک متناوب را نشان می داد.آزمایش دو شکاف ابتدا تأیید کرد که نور ویژگی‌های مشابه امواج آب (ماهیت موجی نور) را نشان می‌دهد که باعث ایجاد حسی در جامعه فیزیک می‌شود.پس از آن، چندین فیزیکدان آزمایش‌های تداخل چند شکافی را انجام دادند و پدیده پراش نور را از طریق شبکه‌ها مشاهده کردند.بعدها، فرنل، فیزیکدان فرانسوی، تئوری اساسی پراش گریتینگ را با ترکیب تکنیک های ریاضی ارائه شده توسط دانشمند آلمانی هویگنس، با تکیه بر این نتایج، توسعه داد.
شکل تداخل دو شکاف یانگ در سمت چپ را با حاشیه های روشن و تاریک متناوب نشان می دهد.پراش چند شکافی (راست)، توزیع باندهای رنگی در مرتبه های مختلف.
2. طیف سنج بازتابی
طیف‌سنج‌های بازتابی معمولاً از یک مسیر نوری متشکل از یک شبکه پراش صفحه و آینه‌های مقعر استفاده می‌کنند که به آن مسیر نوری Czerny-Turner گفته می‌شود.به طور کلی از یک شکاف، یک توری بلیز هواپیما، دو آینه مقعر و یک آشکارساز تشکیل شده است.این پیکربندی با وضوح بالا، نور سرگردان کم و توان اپتیکال بالا مشخص می شود.پس از اینکه سیگنال نور از طریق یک شکاف باریک وارد شد، ابتدا توسط یک بازتابنده مقعر به یک پرتو موازی برخورد می‌کند، که سپس به یک توری پراش مسطح برخورد می‌کند که در آن طول موج‌های تشکیل‌دهنده در زوایای مشخص پراش می‌شوند.در نهایت، یک بازتابنده مقعر، نور پراش شده را روی یک آشکارساز نوری متمرکز می‌کند و سیگنال‌های طول موج‌های مختلف توسط پیکسل‌ها در موقعیت‌های مختلف روی تراشه فوتودیود ثبت می‌شوند و در نهایت یک طیف تولید می‌کنند.به طور معمول، یک طیف‌سنج بازتابی همچنین شامل فیلترهای سرکوب کننده پراش درجه دوم و لنزهای ستونی برای بهبود کیفیت طیف‌های خروجی است.
شکل یک طیف سنج گریتینگ مسیر نوری CT از نوع متقاطع را نشان می دهد.
لازم به ذکر است که Czerny و Turner مخترعان این سیستم نوری نیستند، اما به دلیل کمک های برجسته خود در زمینه اپتیک - اخترشناس اتریشی Adalbert Czerny و دانشمند آلمانی Rudolf W. Turner مورد تجلیل قرار می گیرند.
مسیر نوری Czerny-Turner را به طور کلی می توان به دو نوع تقسیم کرد: متقاطع و باز شده (نوع M).مسیر نوری متقاطع / مسیر نوری نوع M فشرده تر است.در اینجا، توزیع متقارن چپ به راست دو آینه مقعر نسبت به توری صفحه، جبران متقابل انحرافات خارج از محور را نشان می‌دهد که منجر به وضوح نوری بالاتر می‌شود.طیف سنج فیبر نوری SpectraCheck® SR75C از یک مسیر نوری نوع M استفاده می کند و وضوح نوری بالایی را تا 0.15 نانومتر در محدوده فرابنفش 180-340 نانومتر به دست می آورد.
بالا: مسیر نوری متقاطع / مسیر نوری نوع گسترده (نوع M).
علاوه بر این، به غیر از توری بلیز تخت، یک توری بلیز مقعر نیز وجود دارد.توری بلیز مقعر را می توان به عنوان ترکیبی از یک آینه مقعر و یک توری درک کرد.بنابراین، یک طیف سنج توری مشعل مقعر فقط از یک شکاف، یک توری مشعل مقعر و یک آشکارساز تشکیل شده است که در نتیجه پایداری بالایی دارد.با این حال، گریت اشتعال مقعر، هم جهت و هم فاصله نور پراش شده را تعیین می کند و گزینه های موجود را محدود می کند.
بالا: طیف سنج توری مقعر.
زمان ارسال: دسامبر-26-2023