光ファイバ分光計は通常、光ファイバを信号カプラとして用い、分光計に光度的に結合してスペクトル分析を行います。光ファイバの利便性により、ユーザーはスペクトル取得システムを非常に柔軟に構築できます。
光ファイバー分光計の利点は、測定システムのモジュール性と柔軟性です。マイクロ光ファイバー分光計ドイツのMUTの分光計は非常に高速であるため、オンライン分析に使用できます。また、低価格の汎用検出器を使用しているため、分光計のコストが削減され、ひいては測定システム全体のコストも削減されます。
光ファイバー分光計の基本構成は、グレーティング、スリット、検出器で構成されています。分光計を購入する際には、これらのコンポーネントのパラメータを指定する必要があります。分光計の性能は、これらのコンポーネントの正確な組み合わせと校正に依存します。光ファイバー分光計の校正後は、原則としてこれらのアクセサリに変更を加えることはできません。
機能紹介
格子
グレーティングの選択は、スペクトル範囲と分解能の要件によって異なります。光ファイバー分光計の場合、スペクトル範囲は通常200nm～2500nmです。比較的高い分解能が求められるため、広いスペクトル範囲を得ることは困難です。同時に、分解能の要件が高いほど、光束は減少します。分解能が低く、スペクトル範囲が広い場合は、通常、300本/mmのグレーティングが選択されます。比較的高いスペクトル分解能が必要な場合は、3600本/mmのグレーティングを選択するか、より高いピクセル分解能を持つ検出器を選択する必要があります。
スリット
スリット幅を狭くすると解像度は向上しますが、光束は小さくなります。一方、スリット幅を広くすると感度は向上しますが、解像度は低下します。様々なアプリケーション要件に応じて、全体的なテスト結果を最適化するために適切なスリット幅を選択します。
プローブ
光ファイバー分光計の解像度と感度は、検出器によってある程度決定されます。検出器上の光感度領域は原則的に限られており、高解像度の場合は多数の小さなピクセルに分割され、高感度の場合は少数の大きなピクセルに分割されます。一般的に、CCD検出器の方が感度が高いため、感度をある程度犠牲にすることなく、より高い解像度を得ることができます。InGaAs検出器は近赤外線領域において高い感度と熱雑音特性を持つため、冷却によってシステムの信号対雑音比を効果的に改善できます。
光学フィルター
スペクトル自体の多段回折効果により、フィルターを用いることで多段回折の干渉を低減できます。従来の分光計とは異なり、光ファイバー分光計は検出器にコーティングが施されており、この部分は工場で設置する必要があります。同時に、このコーティングは反射防止機能も備えており、システムの信号対雑音比（S/N比）を向上させます。
分光計の性能は、主にスペクトル範囲、光学分解能、感度によって決まります。これらのパラメータのいずれかを変更すると、通常、他のパラメータの性能にも影響が及びます。
分光計の主な課題は、製造時にすべてのパラメータを最大化することではなく、この3次元空間の選択において、分光計の技術指標が様々なアプリケーションの性能要件を満たすようにすることです。この戦略により、分光計は最小限の投資で最大の利益を顧客に提供することができます。立方体のサイズは、分光計が達成する必要のある技術指標に依存し、そのサイズは分光計の複雑さと分光計製品の価格に関連しています。分光計製品は、顧客が要求する技術パラメータを完全に満たす必要があります。
スペクトル範囲
分光計スペクトル範囲が狭いほど詳細なスペクトル情報が得られ、スペクトル範囲が広いほど可視範囲が広くなります。したがって、分光計のスペクトル範囲は明確に指定する必要がある重要なパラメータの一つです。
スペクトル範囲に影響を与える要因は主に格子と検出器であり、対応する格子と検出器はさまざまな要件に応じて選択されます。
感度
感度について言えば、測光感度（光が捉える最小の信号強度）と、分光計検出できる量と化学量論における感度（分光計が測定できる吸収の最小の差）です。
a. 測光感度
蛍光やラマン分光など、高感度分光計を必要とするアプリケーションには、熱冷却式1024ピクセル2次元アレイCCD検出器、検出器集光レンズ、金ミラー、そして100μm以上のワイドスリットを備えたSEK熱冷却光ファイバ分光計をお勧めします。このモデルは、長い積分時間（7ミリ秒から15分）を使用して信号強度を向上させ、ノイズを低減し、ダイナミックレンジを向上させることができます。
b. 化学量論感度
非常に近い振幅を持つ2つの吸収率を検出するには、検出器の感度だけでなく、信号対雑音比（S/N比）も重要です。最も高いS/N比を持つ検出器は、SEK分光計に搭載されている熱電冷却式1024画素2次元アレイCCD検出器で、S/N比は1000:1です。複数のスペクトル画像の平均化によってもS/N比を向上させることができ、平均化回数が増えるほどS/N比は平方根速度で増加します。例えば、100回平均するとS/N比は10倍に増加し、10,000:1に達します。
解決
光学分解能は、光分割能力を測定する上で重要なパラメータです。非常に高い光学分解能が必要な場合は、1200本/mm以上の回折格子、狭いスリット、そして2048または3648ピクセルのCCD検出器をお選びいただくことをお勧めします。
投稿日時: 2023年7月27日