مقاله 2: طیف سنج فیبر نوری چیست و چگونه شکاف و فیبر مناسب را انتخاب می کنید؟
طیف سنج های فیبر نوری در حال حاضر نشان دهنده کلاس غالب طیف سنج ها هستند.این دسته از طیف‌سنج‌ها، انتقال سیگنال‌های نوری را از طریق کابل فیبر نوری، که اغلب جامپر فیبر نوری نامیده می‌شود، امکان‌پذیر می‌سازد، که انعطاف‌پذیری و راحتی در تحلیل طیفی و پیکربندی سیستم را تسهیل می‌کند.برخلاف طیف‌سنج‌های آزمایشگاهی بزرگ معمولی مجهز به فواصل کانونی که معمولاً از 300 میلی‌متر تا 600 میلی‌متر است و از توری‌های روبشی استفاده می‌کنند، طیف‌سنج‌های فیبر نوری از گریتینگ‌های ثابت استفاده می‌کنند که نیاز به موتورهای دوار را از بین می‌برد.فاصله کانونی این طیف‌سنج‌ها معمولاً در محدوده 200 میلی‌متر است، یا حتی می‌تواند کوتاه‌تر، تا 30 میلی‌متر یا 50 میلی‌متر باشد.این ابزارها از نظر اندازه بسیار فشرده هستند و معمولاً به عنوان طیف سنج فیبر نوری مینیاتوری شناخته می شوند.
طیف سنج فیبر مینیاتوری
طیف سنج فیبر نوری مینیاتوری به دلیل فشرده بودن، مقرون به صرفه بودن، قابلیت تشخیص سریع و انعطاف پذیری قابل توجه در صنایع محبوبیت بیشتری دارد.طیف‌سنج فیبر نوری مینیاتوری معمولاً شامل یک شکاف، آینه مقعر، گریتینگ، آشکارساز CCD/CMOS و مدار محرک مرتبط است.برای تکمیل جمع آوری داده های طیفی، از طریق کابل USB یا کابل سریال به نرم افزار کامپیوتر میزبان (PC) متصل می شود.
ساختار طیف سنج فیبر نوری
طیف سنج فیبر نوری مجهز به آداپتور رابط فیبر است که اتصال ایمن را برای فیبر نوری فراهم می کند.رابط های فیبر SMA-905 در اکثر طیف سنج های فیبر نوری استفاده می شود، اما برخی از برنامه ها به رابط های فیبر FC/PC یا غیر استاندارد مانند رابط فیبر چند هسته ای استوانه ای با قطر 10 میلی متر نیاز دارند.
رابط فیبر SMA905 (مشکی)، رابط فیبر FC/PC (زرد).یک شکاف در رابط FC/PC برای موقعیت یابی وجود دارد.
سیگنال نوری پس از عبور از فیبر نوری، ابتدا از یک شکاف نوری عبور می کند.طیف‌سنج‌های مینیاتوری معمولاً از شکاف‌های غیرقابل تنظیم استفاده می‌کنند، جایی که عرض شکاف ثابت است.در حالی که، طیف‌سنج فیبر نوری JINSP عرض شکاف استاندارد 10μm، 25μm، 50μm، 100μm و 200μm را در مشخصات مختلف ارائه می‌دهد و سفارشی‌سازی‌ها نیز با توجه به نیاز کاربر در دسترس است.
تغییر در عرض شکاف معمولاً بر شار نور و وضوح نوری تأثیر می گذارد، این دو پارامتر یک رابطه مبادله ای را نشان می دهند.پهنای شکاف باریکتر، وضوح نوری بیشتر می شود، البته به قیمت کاهش شار نور.ذکر این نکته ضروری است که گسترش شکاف برای افزایش شار نور دارای محدودیت یا غیرخطی است.به طور مشابه، کاهش شکاف دارای محدودیت هایی در وضوح قابل دستیابی است.کاربران باید شکاف مناسب را مطابق با نیازهای واقعی خود، مانند اولویت دادن به شار نور یا وضوح نوری، ارزیابی و انتخاب کنند.در این راستا، مستندات فنی ارائه شده برای طیف‌سنج‌های فیبر نوری JINSP شامل یک جدول جامع است که عرض شکاف‌ها را با سطوح تفکیک متناظر آن‌ها مرتبط می‌کند و به عنوان یک مرجع ارزشمند برای کاربران عمل می‌کند.
یک شکاف باریک
جدول مقایسه وضوح شکاف
کاربران در هنگام راه اندازی یک سیستم طیف سنج، باید فیبرهای نوری مناسب را برای دریافت و ارسال سیگنال به موقعیت شکاف طیف سنج انتخاب کنند.هنگام انتخاب فیبرهای نوری باید سه پارامتر مهم در نظر گرفته شود.اولین پارامتر قطر هسته است که در طیف وسیعی از احتمالات از جمله 5μm، 50μm، 105μm، 200μm، 400μm، 600μm و حتی قطرهای بزرگتر فراتر از 1mm موجود است.توجه به این نکته مهم است که افزایش قطر هسته می تواند انرژی دریافتی در قسمت جلویی فیبر نوری را افزایش دهد.با این حال، عرض شکاف و ارتفاع آشکارساز CCD/CMOS سیگنال‌های نوری را که طیف‌سنج می‌تواند دریافت کند، محدود می‌کند.بنابراین، افزایش قطر هسته لزوما حساسیت را بهبود نمی بخشد.کاربران باید قطر هسته مناسب را بر اساس پیکربندی واقعی سیستم انتخاب کنند.برای طیف‌سنج‌های B&W Tek با استفاده از آشکارسازهای خطی CMOS در مدل‌هایی مانند SR50C و SR75C، با پیکربندی شکاف 50 میکرومتر، توصیه می‌شود از فیبر نوری با قطر هسته 200 میکرومتر برای دریافت سیگنال استفاده کنید.برای طیف‌سنج‌هایی با آشکارسازهای CCD ناحیه داخلی در مدل‌هایی مانند SR100B و SR100Z، ممکن است فیبرهای نوری ضخیم‌تر مانند 400μm یا 600μm را برای دریافت سیگنال در نظر بگیرید.
قطرهای مختلف فیبر نوری
سیگنال فیبر نوری متصل به شکاف
جنبه دوم محدوده طول موج عملیاتی و مواد فیبرهای نوری است.مواد فیبر نوری معمولاً شامل High-OH (هیدروکسیل بالا)، Low-OH (هیدروکسیل کم) و الیاف مقاوم در برابر UV هستند.مواد مختلف ویژگی های انتقال طول موج متفاوتی دارند.فیبرهای نوری با OH بالا معمولاً در محدوده نور مرئی/فرابنفش (UV/VIS) استفاده می‌شوند، در حالی که فیبرهای نوری کم OH در محدوده مادون قرمز نزدیک (NIR) استفاده می‌شوند.برای محدوده اشعه ماوراء بنفش، الیاف ویژه مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش باید در نظر گرفته شود.کاربران باید فیبر نوری مناسب را بر اساس طول موج عملیاتی خود انتخاب کنند.
جنبه سوم، مقدار دیافراگم عددی (NA) فیبرهای نوری است.با توجه به اصول انتشار فیبرهای نوری، نور ساطع شده از انتهای فیبر در محدوده زاویه واگرایی خاصی محدود می شود که با مقدار NA مشخص می شود.فیبرهای نوری چند حالته معمولاً دارای مقادیر NA 0.1، 0.22، 0.39 و 0.5 به عنوان گزینه های رایج هستند.با در نظر گرفتن رایج ترین 0.22 NA به عنوان مثال، به این معنی است که قطر نقطه فیبر بعد از 50 میلی متر تقریباً 22 میلی متر است و بعد از 100 میلی متر، قطر 44 میلی متر است.هنگام طراحی یک طیف‌سنج، سازندگان معمولاً برای اطمینان از دریافت حداکثر انرژی، مقدار NA فیبر نوری را تا حد امکان مطابقت می‌دهند.علاوه بر این، مقدار NA فیبر نوری به جفت شدن لنزها در انتهای جلویی فیبر مربوط می شود.مقدار NA لنز نیز باید تا حد امکان با مقدار NA فیبر مطابقت داشته باشد تا سیگنال از دست نرود.
مقدار NA فیبر نوری زاویه واگرایی پرتو نوری را تعیین می کند
هنگامی که فیبرهای نوری همراه با عدسی ها یا آینه های مقعر استفاده می شوند، مقدار NA باید تا حد امکان مطابقت داده شود تا از اتلاف انرژی جلوگیری شود.
طیف‌سنج‌های فیبر نوری نور را در زوایایی که با مقدار NA (دیافراگم عددی) تعیین می‌شود، دریافت می‌کنند.اگر NA نور فرودی کمتر یا مساوی با NA آن طیف سنج باشد، سیگنال فرودی به طور کامل مورد استفاده قرار خواهد گرفت.اتلاف انرژی زمانی اتفاق می افتد که NA نور فرودی از NA طیف سنج بیشتر باشد.علاوه بر انتقال فیبر نوری، کوپلینگ نوری فضای آزاد را می توان برای جمع آوری سیگنال های نور استفاده کرد.این شامل همگرا کردن نور موازی به یک شکاف با استفاده از عدسی است.هنگام استفاده از مسیرهای نوری فضای آزاد، مهم است که لنزهای مناسب با مقدار NA مطابق با طیف سنج انتخاب کنید، در حالی که همچنین اطمینان حاصل کنید که شکاف طیف سنج در کانون عدسی قرار گرفته است تا حداکثر شار نوری حاصل شود.
کوپلینگ نوری فضای آزاد
زمان ارسال: دسامبر-13-2023