Anahtar Kelimeler: VPH Katı faz holografik ızgara, Geçirgenlik spektrofotometresi, Yansıma spektrometresi, Czerny-Turner Optik yol.
1.Genel Bakış
Fiber optik spektrometre, kırınım ızgarasının tipine göre yansıma ve iletim olarak sınıflandırılabilir.Bir kırınım ızgarası temel olarak yüzeyde veya dahili olarak çok sayıda eşit aralıklı desen içeren optik bir elemandır.Kritik bir bileşen olan fiber optik spektrometredir.Işık bu ızgaralarla etkileşime girdiğinde, ışık kırınımı olarak bilinen bir olay yoluyla farklı dalga boyları tarafından belirlenen farklı açılara dağılır.
Üstte: Ayrım yansıma spektrometresi (solda) ve geçirgenlik spektrometresi (sağda)
Kırınım ızgaraları genel olarak iki türe ayrılır: yansıma ve İletim ızgaraları.Yansıma ızgaraları ayrıca düzlem yansıma ızgaralarına ve içbükey ızgaralara bölünebilirken, iletim ızgaraları oluk tipi iletim ızgaralarına ve hacim fazlı holografik (VPH) iletim ızgaralarına bölünebilir.Bu makale temel olarak düzlem alevli ızgara tipi yansıma spektrometresini ve VPH ızgara tipi geçirgenlik spektrometresini tanıtmaktadır.
Üstte: Yansıma ızgarası (solda) ve İletim ızgarası (sağda).
Neden çoğu spektrometre artık prizma yerine ızgaralı dispersiyonu seçiyor?Öncelikle ızgaranın spektral prensipleri tarafından belirlenir.Izgaradaki milimetre başına düşen çizgi sayısı (çizgi yoğunluğu, birim: çizgi/mm) ızgaranın spektral yeteneklerini belirler.Daha yüksek bir ızgara çizgisi yoğunluğu, ızgaradan geçtikten sonra farklı dalga boylarındaki ışığın daha fazla dağılmasına neden olur ve bu da daha yüksek optik çözünürlüğe yol açar.Genel olarak mevcut ve ızgaralı oluk yoğunlukları, çeşitli spektral aralıklar ve çözünürlüklerin gereksinimlerini karşılayan 75, 150, 300, 600, 900, 1200, 1800, 2400, 3600 vb.'yi içerir.Prizma spektroskopisi cam malzemelerin dağılımı ile sınırlıdır; burada camın dağılım özelliği prizmanın spektroskopik kapasitesini belirler.Cam malzemelerin dağıtıcı özellikleri sınırlı olduğundan, çeşitli spektral uygulamaların gereksinimlerini esnek bir şekilde karşılamak zordur.Bu nedenle ticari minyatür fiber optik spektrometrelerde nadiren kullanılır.
Başlık: Yukarıdaki diyagramda farklı ızgara oluğu yoğunluklarının spektral etkileri.
Şekilde beyaz ışığın camdan geçen dağılım spektrometrisi ve bir ızgaradan geçen kırınım spektrometrisi gösterilmektedir.
Izgaraların gelişim tarihi, klasik "Young'un çift yarık deneyi" ile başlar: 1801'de İngiliz fizikçi Thomas Young, bir çift yarık deneyi kullanarak ışığın girişimini keşfetti.Çift yarıktan geçen tek renkli ışık, değişen parlak ve karanlık saçaklar sergiliyordu.Çift yarık deneyi ilk olarak ışığın su dalgalarına (ışığın dalga doğası) benzer özellikler sergilediğini doğruladı ve bu da fizik camiasında bir sansasyon yarattı.Daha sonra birçok fizikçi çoklu yarık girişim deneyleri gerçekleştirdi ve ışığın ızgaralar yoluyla kırınım olgusunu gözlemledi.Daha sonra Fransız fizikçi Fresnel, bu sonuçlardan yararlanarak Alman bilim adamı Huygens'in ortaya koyduğu matematiksel teknikleri birleştirerek ızgara kırınımının temel teorisini geliştirdi.
Şekil solda Young'ın çift yarık girişimini, değişen parlak ve karanlık saçaklarla birlikte göstermektedir.Çok yarıklı kırınım (sağ), renkli bantların farklı düzenlerde dağılımı.
2.Yansıtıcı Spektrometre
Yansıma spektrometreleri tipik olarak, Czerny-Turner optik yolu olarak adlandırılan, düzlemsel kırınım ızgarası ve içbükey aynalardan oluşan bir optik yol kullanır.Genellikle bir yarık, bir düz alev ızgarası, iki içbükey ayna ve bir dedektörden oluşur.Bu konfigürasyon, yüksek çözünürlük, düşük kaçak ışık ve yüksek optik verim ile karakterize edilir.Işık sinyali dar bir yarıktan girdikten sonra, ilk önce içbükey bir reflektör tarafından paralel bir ışın halinde toplanır ve daha sonra bileşen dalga boylarının farklı açılarda kırıldığı düzlemsel bir kırınım ızgarasına çarpar.Son olarak, içbükey bir reflektör, kırılan ışığı bir fotodetektör üzerine odaklar ve farklı dalga boylarındaki sinyaller, fotodiyot çipi üzerinde farklı konumlardaki pikseller tarafından kaydedilir ve sonuçta bir spektrum oluşturulur.Tipik olarak bir yansıma spektrometresi, çıktı spektrumunun kalitesini artırmak için bazı ikinci dereceden kırınım baskılayıcı filtreler ve sütun mercekleri de içerir.
Şekilde çapraz tip CT optik yol ızgaralı spektrometre gösterilmektedir.
Czerny ve Turner'ın bu optik sistemin mucidi olmadıklarını ancak Avusturyalı gökbilimci Adalbert Czerny ve Alman bilim adamı Rudolf W. Turner'ın optik alanına yaptıkları olağanüstü katkılardan dolayı anıldığını belirtmek gerekir.
Czerny-Turner optik yolu genel olarak iki türe ayrılabilir: çapraz ve açık (M tipi).Çapraz optik yol/M tipi optik yol daha kompakttır.Burada, iki içbükey aynanın düzlem ızgaraya göre sol-sağ simetrik dağılımı, eksen dışı sapmaların karşılıklı telafisini sergileyerek daha yüksek optik çözünürlük sağlar.SpectraCheck® SR75C fiber optik spektrometre, M tipi bir optik yol kullanır ve 180-340 nm ultraviyole aralığında 0,15 nm'ye kadar yüksek optik çözünürlük elde eder.
Üstte: Çapraz tip optik yol/genişletilmiş tip (M tipi) optik yol.
Ayrıca düz alev ızgaralarının yanı sıra içbükey alev ızgarası da bulunmaktadır.İçbükey alev ızgarası, içbükey ayna ve ızgaranın birleşimi olarak anlaşılabilir.Bu nedenle, bir içbükey alev ızgarası spektrometresi yalnızca bir yarık, bir içbükey alev ızgarası ve bir detektörden oluşur ve bu da yüksek stabilite sağlar.Bununla birlikte, içbükey alev ızgarası, gelen kırılan ışığın hem yönü hem de mesafesine ilişkin gereksinimi belirleyerek mevcut seçenekleri sınırlamaktadır.
Üstte: İçbükey ızgaralı spektrometre.
Gönderim zamanı: 26 Aralık 2023