Zuntz optikoko espektrometroen sailkapena (I. zatia) - Espektrometro islatzaileak

Gako-hitzak: VPH fase solidoko sare holografikoa, Transmitantzia espektrofotometroa, Erreflektantzia espektrometroa, Czerny-Turner bide optikoa.

1.Ikuspen orokorra

Zuntz optikoko espektrometroa hausnarketa eta transmisio gisa sailka daiteke, difrakzio-sarearen motaren arabera.Difrakzio-sare bat elementu optiko bat da funtsean, eta berdin-berdin banatutako eredu ugari ditu azalean edo barnean.Osagai kritikoko zuntz optikoko espektrometroa da.Argiak sare horiekin elkarreragiten duenean, uhin-luzera ezberdinek zehaztutako angelu desberdinetan barreiatu, argi-difrakzioa deritzon fenomeno baten bidez.

asd (1)
asd (2)

Goian: Diskriminazioaren espektrometroa (ezkerrean) eta transmisioaren espektrometroa (eskuinean)

Difrakzio-sareak, oro har, bi motatan sailkatzen dira: islapen-sareak eta Transmisio-sareak.Hausnarketa-sareak erreflexio planoko sareetan eta sare ahurretan bana daitezke, eta transmisio-sareak, berriz, zirrikitu-motako transmisio-saretan eta bolumen fase holografikoan (VPH) transmisio-saretan bana daitezke.Artikulu honek, batez ere, plane blaze grating motako islada-espektrometroa eta VPH sare-mota-transmitantzia-espektrometroa aurkezten ditu.

b2dc25663805b1b93d35c9dea54d0ee

Goian: Erreflexio sare (ezkerrean) eta Transmisio sare (eskuinean).

Zergatik aukeratzen dute gaur egun espektrometro gehienek sare-dispertsioa prismaren ordez?Sarearen printzipio espektralek zehazten dute batez ere.Sarearen milimetroko lerro kopuruak (lerro-dentsitatea, unitatea: lerro/mm) sarearen gaitasun espektralak zehazten ditu.Sare-lerroaren dentsitate handiagoak uhin-luzera desberdinetako argiaren sakabanaketa handiagoa eragiten du saretik igaro ondoren, eta bereizmen optiko handiagoa lortzen da.Orokorrean, eskuragarri dauden eta sare bidezko zirrikitu dentsitateek 75, 150, 300, 600, 900, 1200, 1800, 2400, 3600 eta abar barne hartzen dituzte, hainbat espektro-barruti eta bereizmenetarako baldintzak betetzen dituztenak.Prismaren espektroskopia beirazko materialen barreiatzeak mugatzen du, non beiraren propietate dispertsioak prismaren gaitasun espektroskopikoa zehazten baitu.Beirazko materialen propietate barreiagarriak mugatuak direnez, zaila da aplikazio espektral ezberdinen eskakizunak malgutasunez betetzea.Hori dela eta, oso gutxitan erabiltzen da miniaturazko zuntz optikoko espektrometro komertzialetan.

asd (7)

Epigrafea: goiko diagraman sareta-arteka-dentsitate ezberdinen efektu espektralak.

asd (9)
asd (8)

Irudiak argi zuriaren dispertsio espektrometria beira bidez eta difrakzio espektrometria sare baten bidez erakusten ditu.

Sareen garapenaren historia, "Young's double-slit experiment" klasikoarekin hasten da: 1801ean, Thomas Young fisikari britainiarrak argiaren interferentzia aurkitu zuen zirrikitu bikoitzeko esperimentu bat erabiliz.Zirrikitu bikoitzetatik igarotzen zen argi monokromatikoek ertz distiratsuak eta ilunak txandakatu zituzten.Zirrikitu bikoitzeko esperimentuak lehenengoz balioztatu zuen argiak ur-uhinen antzeko ezaugarriak dituela (argiaren uhin izaera), fisikako komunitatean sentsazioa eraginez.Ondoren, hainbat fisikarik zirrikitu anitzeko interferentzia esperimentuak egin zituzten eta sareen bidez argiaren difrakzio-fenomenoa ikusi zuten.Geroago, Fresnel fisikari frantziarrak sare-difrakzioaren oinarrizko teoria garatu zuen Huygens zientzialari alemaniarrak proposatutako teknika matematikoak konbinatuz, emaitza horietatik abiatuta.

asd (10)
asd (11)

Irudiak Young-en zirrikitu bikoitzeko interferentzia erakusten du ezkerrean, ertz distiratsuak eta ilunak txandakatuz.Zirrikitu anitzeko difrakzioa (eskuinean), koloretako banden banaketa ordena ezberdinetan.

2.Espektrometro islatzailea

Ispilu-espektrometroek normalean difrakzio-sare plano batek eta ispilu ahurrez osatutako bide optiko bat erabiltzen dute, Czerny-Turner bide optikoa deritzona.Oro har, zirrikitu batek, lauzko erre sare batek, bi ispilu ahur eta detektagailu batek osatzen dute.Konfigurazio hau bereizmen handikoa, argi galtzada baxua eta errendimendu optiko handia ditu.Argi-seinalea zirrikitu estu batetik sartu ondoren, lehenik eta behin habe paralelo batean kolimatzen da islatzaile ahur baten bidez, eta gero sare difraktibo planar bat jotzen du, non osatzen duten uhin-luzerak angelu desberdinetan difraktatuta dauden.Azkenik, islatzaile ahur batek difraktatutako argia fotodetektagailu batera bideratzen du eta uhin-luzera desberdinetako seinaleak fotodiodo txiparen posizio ezberdinetan pixelen bidez grabatzen dira, azken finean espektro bat sortuz.Normalean, erreflexio-espektrometroak bigarren mailako difrakzioa ezabatzeko iragazkiak eta zutabe-lente batzuk ere biltzen ditu irteerako espektroen kalitatea hobetzeko.

asd (12)

Irudiak gurutze motako CT bide optikoko sare-espektrometroa erakusten du.

Aipatu beharra dago Czerny eta Turner ez direla sistema optiko honen asmatzaileak, baizik eta optikaren alorrean egindako ekarpen nabarmenengatik —Adalbert Czerny astronomo austriarra eta Rudolf W. Turner zientzialari alemaniarra— gogoratzen direla.

Czerny-Turner bide optikoa, oro har, bi motatan sailka daiteke: gurutzatua eta zabaldua (M motakoa).Gurutzatutako bide optikoa/M motako bide optikoa trinkoagoa da.Hemen, bi ispilu ahurren banaketa simetrikoak, planoko sarearekiko, ardatzetik kanpoko aberrazioen elkarrekiko konpentsazioa erakusten du, eta ondorioz, bereizmen optiko handiagoa da.SpectraCheck® SR75C zuntz optikoko espektrometroak M motako bide optikoa erabiltzen du, 0,15 nm arteko bereizmen optiko altua lortzen du 180-340 nm bitarteko ultramoreen artean.

asd (13)

Goian: Gurutze motako bide optikoa/mota hedatua (M motakoa) bide optikoa.

Horrez gain, su-sare lauez gain, su-sare ahur bat ere badago.Blaze sare ahurra ispilu ahur baten eta sare baten konbinazio gisa uler daiteke.Hori dela eta, blaze sare ahurren espektrometroa zirrikitu batek, blaze sare ahur batek eta detektagailu batek bakarrik osatzen dute, eta ondorioz egonkortasun handia da.Hala eta guztiz ere, su-sare ahurak argi intzidente-difraktuaren norabidean eta distantzian baldintza ezarri zuen, eskuragarri dauden aukerak mugatuz.

asd (14)

Goian: sare-espektrometro ahurra.


Argitalpenaren ordua: 2023-12-26