Введение
Оптический спектральный анализ является незаменимым методом исследования состава материалов и молекулярной структуры. Он широко применяется в физике, химии, биологии, материаловедении, мониторинге окружающей среды, исследовании космоса и проверке промышленного качества.
Рабочие характеристики решетки, являющейся основным функциональным компонентом любого спектрометра, напрямую определяют критические показатели системы, включая спектральное разрешение, полезный диапазон длин волн и оптическую пропускную способность. В оптической конструкции разумный выбор параметров решетки и ее согласование с детекторными матрицами и другими оптическими частями является фундаментальной предпосылкой для обеспечения полной производительности спектрометра.
(Диаграмма: Схематическая компоновка базового спектрометра, показывающая входную щель, коллимирующее зеркало, дисперсионную решетку, фокусирующее зеркало и плоскую детекторную решетку)
Стандартный спектрометр состоит из пяти основных модулей: входной щели, коллимирующего оптического элемента (зеркало/линза), дисперсионного элемента (решетка/призма), фокусирующего оптического элемента (зеркало/линза) и матрицы детекторов (датчик ПЗС или КМОП). Свет проходит через входную щель, коллимируется коллимирующим зеркалом и направляется на рассеивающий элемент, где он разделяется на дискретные компоненты длины волны. Затем разделенный свет фокусируется на матрице детекторов с помощью фокусирующего зеркала, образуя непрерывный спектр, что позволяет количественно измерить интенсивность света на каждой длине волны.
CNI Optics специализируется на оптическом проектировании, исследованиях, разработках и производстве прецизионных оптических элементов. Мы поставляем полностью индивидуальные оптические решения, адаптированные к инструментальным системам заказчика. Опираясь на многолетний опыт оптического проектирования и производства компонентов, мы поставляем высокоэффективные-оптические детали, включая дифракционные решетки, оптические линзы, плоские зеркала и спектральные фильтры, а также разрабатываем специальные спектрографы и оказываем услуги по полной интеграции оптических систем.
Проектирование оптической системы
Оптические системы спектрометров чаще всего строятся на основе конфигурации Черни-Тёрнера (C-T) или ее модифицированных вариантов. Компоновка C-T отличается компактным механическим корпусом, превосходным подавлением рассеянного света, простой оптической юстировкой и возможностью адаптации к широкой длине волны, что делает ее доминирующей оптической архитектурой для современных коммерческих спектрометров.
(Диаграмма: Схема трассировки лучей классической оптической конфигурации Черни-Тёрнера)
Разработчики оптики выбирают подходящие параметры решетки (плотность канавок, длину волны свечения, угол свечения) на основе целевого рабочего диапазона волн, общего размера прибора и требуемого спектрального разрешения. Фокусные расстояния коллимирующего и фокусирующего зеркала, а также светосила рассчитаны таким образом, чтобы обеспечить достаточную числовую апертуру и высокую эффективность сбора света.
Для оптимизации качества изображения системы углы наклона и радиусы кривизны зеркала настраиваются таким образом, чтобы корректировать монохроматические аберрации, такие как кома и астигматизм, обеспечивая стабильное спектральное разрешение во всем рабочем диапазоне длин волн. После завершения разработки оптической схемы мы проводим численное моделирование и полный анализ трассировки лучей с помощью профессионального программного обеспечения для оптического проектирования, чтобы оценить разрешение системы, уровень рассеянного света и спектральное распределение энергии.
CNI Optics имеет обширный опыт разработки оптических систем спектрометров по индивидуальному заказу. Мы обеспечиваем индивидуальную оптическую схему, компенсацию аберраций и общую оптимизацию производительности для удовлетворения требований полного-обнаружения спектра, от УФ (ультрафиолетового) до ближнего-инфракрасного диапазона.
Выбор решетки
Правильный выбор дифракционной решетки имеет решающее значение при проектировании оптической системы. Ключевые параметры, которые необходимо оценить, включают плотность канавок, длину волны пламени, угол свечения, эффективность дифракции и порог-индуцированного лазером повреждения (LIDT). Соответствие характеристик решетки вашим уникальным оптическим требованиям позволяет сбалансировать три основных показателя: спектральное разрешение системы, оптическую пропускную способность и полезный диапазон длин волн.
Плотность канавок (единицы измерения: линии/мм или канавки/мм) определяет дисперсионную способность решетки. Более высокая плотность канавок обеспечивает большую угловую дисперсию и превосходное спектральное разрешение, но при этом сужает общую полосу длин волн, изображение которой может быть отображено на матрице детекторов. Наша стандартная линейка решеток охватывает 300–3600 линий/мм и подходит как для широкополосного скрининга, так и для аналитических испытаний со сверх-высоким-разрешением.
Длина волны пламени обозначает конкретную длину волны, при которой решетка достигает максимальной дифракционной эффективности в пределах заданного порядка дифракции. Указание длины волны свечения, близкой к центральной длине волны целевого спектра, максимизирует оптическую пропускную способность и улучшает соотношение сигнал-/-системы (SNR).
Для мощных-лазерных установок или спектральных приборов с большим-потоком порог повреждения решетки,-наведенный лазером, является жизненно важной характеристикой, позволяющей избежать необратимой оптической деградации при высокой плотности оптической мощности.
CNI Optics поставляет полную серию плоских отражающих решеток с различной плотностью канавок и длинами волн свечения. Наши решетки обладают высокой пиковой дифракционной эффективностью, сверх-низким уровнем рассеянного света и превосходной термической стабильностью, что позволяет удовлетворить различные требования промышленного и лабораторного применения.
Общие приложения
Дифракционные решетки служат основными дисперсионными компонентами широкого спектра оптических аналитических приборов, перечисленных ниже:
- Флуоресцентная спектроскопия: разделяет диапазоны волн возбуждения и излучения для измерения интенсивности флуоресценции образца и спектрального распределения.
- Рамановская спектроскопия: требуются решетки высокого-разрешения для разделения слабых сигналов комбинационного рассеяния света на интенсивном фоне рэлеевского рассеяния.
- УФ--Поглощающая спектроскопия: характеризует концентрацию образца и структуру химических связей путем измерения поглощения света в ультрафиолетовом и видимом диапазонах.
- Инфракрасная спектроскопия: выполняет качественный и количественный анализ состава материала путем обнаружения характерных полос молекулярного поглощения в ближнем-инфракрасном диапазоне) и MIR (среднем-инфракрасном) диапазонах.
- LIBS (спектроскопия лазерного-индуцированного пробоя): регистрирует спектры атомной эмиссии, генерируемые лазерной-плазмой, для проведения быстрого много-количественного анализа.
- Онлайн-мониторинг промышленности и окружающей среды: широко применяется для обнаружения газов в-режиме времени, анализа качества воды и измерения цвета благодаря превосходной долгосрочной-стабильности и компактным механическим размерам.
Компания CNI Optics использует передовые технологии изготовления решеток, строгий полный-контроль качества процесса и гибкие возможности индивидуального производства для поставки индивидуальных-оптических компонентов и интегрированных решений для спектральных измерений. Мы поддерживаем как прототипы для академических исследований, так и настройку массового промышленного оборудования, поставляя стабильное, высокопроизводительное-оборудование для развития технологий оптического обнаружения.
Мы можем полностью настроить оптические параметры и архитектуру системы в соответствии с вашими техническими требованиями. Если у вас есть какие-либо потребности в разработке, пожалуйста, свяжитесь с нашей командой в любое время; Наша команда оптических инженеров подберет оптимизированное оптическое решение с учетом характеристик вашего прибора.
