Wstęp
Optyczna analiza spektralna jest niezbędną techniką badawczą do badania składu materiałów i struktury molekularnej. Jest szeroko stosowany w fizyce, chemii, biologii, materiałoznawstwie, monitorowaniu środowiska, eksploracji kosmosu i przemysłowej kontroli jakości.
Jako podstawowy element funkcjonalny każdego spektrometru, wydajność siatki bezpośrednio określa krytyczne wskaźniki systemu, w tym rozdzielczość widmową, użyteczne pokrycie długości fali i przepustowość optyczną. W projektowaniu optycznym rozsądny dobór parametrów siatek i dopasowanie do układów detektorów i innych części optycznych jest podstawowym warunkiem gwarantującym pełną wydajność spektrometru.
(Schemat: Schematyczny układ podstawowego spektrometru przedstawiający szczelinę wejściową, zwierciadło kolimacyjne, siatkę dyspersyjną, zwierciadło skupiające i planarny układ detektorów)
Standardowy spektrometr składa się z pięciu podstawowych modułów: szczeliny wejściowej, kolimacyjnego elementu optycznego (lustro/soczewka), elementu dyspersyjnego (siatka/pryzmat), skupiającego elementu optycznego (lustro/soczewka) i układu detektorów (czujnik CCD lub CMOS). Światło przechodzi przez szczelinę wejściową, jest kolimowane przez zwierciadło kolimacyjne i kierowane na element dyspersyjny, gdzie jest rozdzielane na dyskretne składowe długości fali. Rozszczepione światło jest następnie skupiane na układzie detektorów za pomocą zwierciadła skupiającego, tworząc widmo ciągłe, umożliwiające ilościowy pomiar natężenia światła przy każdej długości fali.
CNI Optics specjalizuje się w projektowaniu optycznym, badaniach i rozwoju precyzyjnych elementów optycznych oraz produkcji. Dostarczamy w pełni spersonalizowane rozwiązania optyczne dostosowane do systemów przyrządów klienta. Bazując na dziesięcioleciach doświadczenia w projektowaniu układów optycznych i produkcji podzespołów, dostarczamy-wysokowydajne części optyczne, w tym siatki dyfrakcyjne, soczewki optyczne, zwierciadła planarne i filtry spektralne, a także niestandardowe projekty spektrografów i usługi pełnej integracji systemów optycznych.
Projekt systemu optycznego
Układy optyczne spektrometrów są najczęściej budowane w oparciu o konfigurację Czernego-Turnera (C-T) lub jej zmodyfikowane warianty. Układ C-T charakteryzuje się kompaktową obudową mechaniczną, doskonałym tłumieniem światła rozproszonego, prostym zestrojeniem optycznym i możliwością dostosowania szerokiej długości fali, co czyni go dominującą architekturą optyczną w nowoczesnych spektrometrach komercyjnych.
(Schemat: schemat śledzenia promieni klasycznej konfiguracji optycznej Czernego-Turnera)
Projektanci optyki wybierają dopasowane parametry siatki (gęstość rowków, długość fali płomienia, kąt świecenia) w oparciu o docelowe pasmo robocze, ogólny rozmiar instrumentu i wymaganą rozdzielczość widmową. Ogniskowe i wyraźne przysłony zwierciadła kolimacyjnego i skupiającego są obliczane tak, aby zapewnić wystarczającą aperturę numeryczną i wysoką skuteczność zbierania światła.
Aby zoptymalizować jakość obrazowania systemu, kąty nachylenia zwierciadła i promienie krzywizny są dostrojone tak, aby korygować aberracje monochromatyczne, takie jak koma i astygmatyzm, zapewniając stałą rozdzielczość widmową w pełnym zakresie długości fal roboczych. Po sfinalizowaniu układu optycznego przeprowadzamy symulację numeryczną i pełną analizę-śledzenia promieni za pomocą profesjonalnego oprogramowania do projektowania optyki, aby ocenić rozdzielczość systemu, poziom światła rozproszonego i rozkład energii widmowej.
CNI Optics może poszczycić się rozległym doświadczeniem w projektowaniu optyki spektrometrów dostosowanych do indywidualnych potrzeb. Zapewniamy dostosowany do indywidualnych potrzeb projekt układu optycznego, kompensację aberracji i ogólną optymalizację wydajności, aby sprostać wymaganiom w zakresie wykrywania pełnego-zakresu, od UV (ultrafioletu) do NIR (bliska-podczerwień).
Wybór kraty
Właściwy dobór siatki ma kluczowe znaczenie przy projektowaniu układu optycznego. Kluczowe parametry do oceny obejmują gęstość rowków, długość fali płomienia, kąt płomienia, skuteczność dyfrakcji i próg uszkodzeń wywołanych laserem (LIDT). Dopasowanie specyfikacji siatki do unikalnych wymagań optycznych równoważy trzy podstawowe wskaźniki: rozdzielczość widmową systemu, przepustowość optyczną i użyteczny zakres długości fal.
Gęstość rowków (jednostki: linie/mm lub rowki/mm) określa zdolność dyspersji kratki. Większa gęstość rowków zapewnia większą dyspersję kątową i doskonałą rozdzielczość widmową, a jednocześnie zawęża całkowite pasmo długości fali, które można obrazować na matrycy detektorów. Nasz standardowy asortyment siatek obejmuje 300–3600 linii/mm, co nadaje się zarówno do przesiewania szeroko-pasmowego, jak i testów analitycznych o ultra-wysokiej-rozdzielczości.
Długość fali Blaze oznacza konkretną długość fali, przy której siatka osiąga szczytową skuteczność dyfrakcyjną w ramach wyznaczonego rzędu dyfrakcji. Określenie długości fali zbliżonej do środkowej długości widma docelowego maksymalizuje przepustowość optyczną i poprawia stosunek sygnału systemowego-do{{2}szumu (SNR).
W przypadku konfiguracji laserów o dużej-mocy lub instrumentów spektralnych o wysokim-strumieniu próg uszkodzenia indukowanego laserem-siatki jest kluczową specyfikacją pozwalającą uniknąć trwałej degradacji optycznej przy dużej gęstości mocy optycznej.
CNI Optics dostarcza kompletną serię płaskich siatek odblaskowych o różnej gęstości rowków i długościach fali płomienia. Nasze siatki charakteryzują się wysoką szczytową efektywnością dyfrakcyjną,-bardzo małym światłem rozproszonym i wyjątkową stabilnością termiczną, aby sprostać różnorodnym wymaganiom zastosowań przemysłowych i laboratoryjnych.
Typowe zastosowania
Siatki dyfrakcyjne służą jako elementy dyspersyjne rdzenia w szerokiej gamie optycznych instrumentów analitycznych, jak wymieniono poniżej:
- Spektroskopia fluorescencyjna: Oddziela pasma fal wzbudzenia i emisji w celu pomiaru intensywności fluorescencji próbki i rozkładu widmowego.
- Spektroskopia Ramana: wymaga-siatek o wysokiej rozdzielczości, aby rozróżnić słabe sygnały rozpraszania Ramana od intensywnego tła rozpraszania Rayleigha.
- Spektroskopia absorpcyjna UV-Vis: charakteryzuje stężenie próbki i strukturę wiązań chemicznych poprzez pomiar absorbancji światła w pasmach ultrafioletowych i widzialnych.
- Spektroskopia w podczerwieni: przeprowadza jakościową i ilościową analizę składu materiału poprzez wykrywanie charakterystycznych pasm absorpcji molekularnej w zakresach NIR (bliska-podczerwień) i MIR (średnia-podczerwień).
- LIBS (laserowa{{0}indukowana spektroskopia rozpadu): przechwytuje widma emisji atomów generowane przez plazmę-indukowaną laserem w celu przeprowadzenia szybkiej analizy ilościowej wielu-elementów.
- Monitoring przemysłowy i środowiskowy online: szeroko stosowany do-wykrywania gazów w czasie rzeczywistym, analizy jakości wody i pomiaru koloru dzięki doskonałej-długoterminowej stabilności i kompaktowym rozmiarom mechanicznym.
CNI Optics wykorzystuje zaawansowaną technologię wytwarzania siatek, rygorystyczną, pełną-kontrolę jakości procesu oraz elastyczne możliwości produkcji na zamówienie, aby dostarczać-szyte na miarę komponenty optyczne i zintegrowane rozwiązania do pomiaru widma. Wspieramy zarówno prototypy badań akademickich, jak i masowe dostosowywanie instrumentów przemysłowych, dostarczając stabilny,-wydajny sprzęt w celu udoskonalenia technologii detekcji optycznej.
Jesteśmy w stanie w pełni dostosować parametry optyczne i architekturę systemów do Twoich wymagań technicznych. Jeśli masz jakieś niestandardowe potrzeby rozwojowe, skontaktuj się z naszym zespołem w dowolnym momencie; nasz zespół inżynierów optycznych dostosuje zoptymalizowane rozwiązanie optyczne do specyfikacji Twojego instrumentu.
