Телефон: +7 921 936 2039

Оптоволоконные спектрометры AvaSpec

AvaSpec-ULS2048x64-EVO и        AvaSpec-ULS2048x64-TEC-EVO      аналитический спектрометр

AvaSpec-ULS2048CL-EVO инновационный спектрометр

AvaSpec-ULS4096CL-EVO инновационный спектрометр

StarLine двухканальный
AvaSpec-2-EVO Dual
компактный спектрометр

AvaSpec многоканальный оптоволоконный спектрометр - высокое оптическое разрешение

AvaRaman cистема для Рамановской спектроскопии

AvaMouse ручной сканирующий спектрофотометр-фотоколориметр

Электронная платформа AS161

Электронная платформа AS5216 USB2.0

AvaBench оптические платформы AvaSpec спектрометров

Интерфейс-кабели для спектрометров AvaSpec

А.И.Андреев, С.В.Мухин, В.В.Некрасов, В.А.Никитенко, А.В.Пауткина

Модульная многофункциональная оптоволоконная спектрометрическая система

Часть I

Устройство и принципы эксплуатации аппаратуры

2.1.3. Устройство оптоволоконных модулей Avantes B.V.

Оптическая скамья

Сердцем новейшего семейства оптоволоконных спектрометров AvaSpec является оптическая скамья – миниатюрный полихроматор, в котором объединены диспергирующее свет устройство и встроенный многоэлементный фотоприёмник.

Avantes B.V. производит спектрометры на базе оптических скамей 3-х типов. Сверхминиатюрные спектрометры AvaMouse и AvaSpec-micro базируются на скамье AvaBench-28 с фокусным расстоянием 28 мм, построенной по схеме Литтрова с матричной входной оптикой и оригинальной патентованной конструкцией фокусирующей решетки-линзы. Скамья AvaBench-28 предназначена, главным образом, для колориметрических измерений с невысоким спектральным разрешением и оптимизирована для работы в спектральном диапазоне 380-750 нм. Многофункциональные спектрометры AvaSpec комплектуются оптической скамьей с фокусным расстоянием 75 или 45 мм, функционирующей по симметричной оптической схеме Черни-Турнера:

В спектрометрах разных модификаций используются фотодетекторы с числом элементов от 102 до 2048. Базовая комплектация оптических скамей разной модификации приведена в последующей таблице 2.1.1:

Таблица 2.1.1. Базовая комплектация оптических скамей Avantes B.V.

Рабочий спектральный диапазон и спектральное разрешение многофункциональных спектрометров Avantes B.V. определяются типом используемой решетки и числом фоточувствительных элементов регистрирующего фотодетектора (табл. 2.1.2):

UТаблица 2.1.2. Технические характеристики спектрометров Avantes B.V. в зависимости
от типа используемой скамьи и применяемых фотодетекторов

* определяется типом решётки и числом чувствительных элементов фотоприёмника

Оптическая скамья может иметь множество дополнительных оптических элементов, что в зависимости от предназначенной области использования спектрометра обеспечивается множеством различных конфигураций измерительных модулей с широким диапазоном оптических параметров. Оптимальный подбор оптических элементов: входная щель, дифракционная решётка, широкополосные оптические фильтры и фильтры 2-го порядка, цилиндрическая линза детектора и фотоэмиссионное покрытие датчика оказывают значимое влияние на аппаратные характеристики системы. Различные модификации спектрометров, их оптическое разрешение, диапазон измерений и используемые оптические и электронные компоненты обсуждаются ниже.

Дифракционные решётки

Дифракционная решётка – оптический элемент, разлагающий исходный полихроматический (ахроматический) свет на составляющие длины волн. Решётка состоит из ряда индивидуальных параллельных бороздок (штрихов), сформированных в отражающем или пропускающем свет покрытии, нанесённом на подходящую подложку. В большинстве спектрометров используются отражательные решетки.

Способ, которым сформированы бороздки, разделяет решётки на два типа – голографические и нарезные. В нарезных решётках отражающая поверхность формируется алмазным резцом на специальной делительной машине. Голографические решетки создаются с помощью лазеров и фотолитографии.

Волоконно-оптический спектрометр оснащается незаменяемой решёткой, тип которой должен быть определён пользователем, исходя из требований решаемых задач. Пользователь должен определить, какой диапазон длин волн должен регистрироваться фотодетектором. В ряде случаев требуемый диапазон решётки шире диапазона спектра, проецируемого на фотодетектор. Чтобы охватить более широкий спектральный диапазон, рекомендуется использовать двух- или трёхканальные спектрометры. В таких спектрометрах в разные спектрометрические каналы устанавливают решетки разного типа. Использование двух- или трёхканальных спектрометров может обеспечить и более высокое спектральное разрешение в широком спектральном диапазоне. В спектрометрах Avantes B.V. используется 14 типов дифракционных решёток. Выбор комплектующих решёток и диапазонов длин волн, регистрируемых фотодетектором, осуществляется при оптимальной комплектации спектрометрических каналов (см. ниже).

Для спектрометров AvaSpec-2048 оптимальный выбор решёток и диапазонов длин волн может быть сделан на основании данных таблицы 2.1.3:

UТаблица 2.1.3 Параметры и диапазон дифракционных решёток, применяемых
в спектрометрах Avantes

Как видно из таблицы, выбор оптимального спектрального диапазона зависит от начального значения диапазона длин волн, наблюдаемого с данной решёткой и частоты штрихов решётки (лин/мм). Чем выше начальная длина волны, тем больше дисперсия и уже наблюдаемый спектральный диапазон.

При выборе решётки следует учитывать, что эффективность отражения света в разных участках спектрального диапазона неодинакова и различается для решёток разного типа. От этого зависит чувствительность спектрометра в разных спектральных диапазонах. Кривые спектральной эффективности светопередачи стандартных решёток спектрометров Avantes и зависимости от длины волны их спектрального разрешения (нм/пиксел) для AvaSpec-2048 приведены на рисунках в нижеследующих таблицах.

При рассмотрении кривых эффективности решёток следует понимать, что полная эффективная спектральная чувствительность системы регистрации складывается из комбинации спектральной эффективности светопередачи оптоволокна, решётки, зеркал и оптических покрытий и спектральной чувствительности фотоприёмника.