光ファイバー分光計の機能

光ファイバー分光計は通常、信号結合器として光ファイバーを使用し、分光分析のために分光計に光度的に結合されます。光ファイバーの利便性により、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。光ファイバー分光計ドイツのMUT社製のこの装置は非常に高速なので、オンライン分析に使用できます。また、低コスト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。

光ファイバー分光器の基本的な構成は、回折格子、スリット、および検出器からなります。分光器を購入する際には、これらの構成要素のパラメータを指定する必要があります。分光器の性能は、これらの構成要素の正確な組み合わせと校正に依存します。光ファイバー分光器の校正後は、原則としてこれらの付属品に変更を加えることはできません。

機能紹介

格子

回折格子の選択は、スペクトル範囲と分解能の要件によって決まります。光ファイバー分光器の場合、スペクトル範囲は通常200nmから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、分解能の要件が高くなるほど、光束は少なくなります。低い分解能と広いスペクトル範囲が求められる場合は、300本/mmの回折格子が一般的に選択されます。比較的高いスペクトル分解能が必要な場合は、3600本/mmの回折格子を選択するか、より高い画素解像度の検出器を選択することで実現できます。

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、解像度が低下します。用途に応じて適切なスリット幅を選択することで、試験結果全体を最適化できます。

プローブ

検出器は、ある意味で光ファイバー分光計の分解能と感度を決定します。検出器上の感光領域は原理的に限られており、高解像度を実現するには多数の小さなピクセルに分割するか、高感度を実現するには少数の大きなピクセルに分割します。一般的に、CCD検出器の感度は優れているため、ある程度感度を犠牲にすることなく、より高い分解能を得ることができます。近赤外域におけるInGaAs検出器の高い感度と熱雑音のため、冷却によってシステムの信号対雑音比を効果的に改善することができます。

光学フィルター

スペクトル自体の多段階回折効果のため、フィルターを使用することで多段階回折による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、この機能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持ち、システムの信号対雑音比を向上させます。

分光計の性能は、主に分光範囲、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、通常は他のパラメータの性能にも影響を及ぼします。

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次元空間選択において、さまざまな用途の性能要件を満たすように分光計の技術指標を調整することです。この戦略により、分光計は最小限の投資で最大限のリターンを顧客に提供することができます。キューブのサイズは、分光計が達成する必要のある技術指標によって決まり、そのサイズは分光計の複雑さと製品価格に関係します。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分光器は一般的に詳細なスペクトル情報を提供し、スペクトル範囲が広い分光器はより広い視覚範囲を提供します。したがって、分光器のスペクトル範囲は、明確に指定する必要のある重要なパラメータの1つです。

スペクトル範囲に影響を与える要因は主に回折格子と検出器であり、それぞれの回折格子と検出器は異なる要求に応じて選択される。

感度

感度について言えば、測光における感度（最小信号強度）と、分光計検出可能な量）と化学量論的感度（分光計が測定できる最小の吸光度の差）です。

a. 測光感度

蛍光分光法やラマン分光法など、高感度分光計を必要とする用途には、SEK社製の熱冷却式光ファイバー分光計をお勧めします。この分光計は、熱冷却式1024画素2次元アレイCCD検出器、検出器用集光レンズ、金ミラー、および広幅スリット（100μm以上）を備えています。7ミリ秒から15分までの長時間積分が可能で、信号強度の向上、ノイズ低減、ダイナミックレンジの拡大を実現します。

b. 化学量論的感度

振幅が非常に近い2つの吸収率の値を検出するには、検出器の感度だけでなく、信号対雑音比も必要です。信号対雑音比が最も高い検出器は、SEK分光計に搭載されている熱電冷却式1024ピクセル2次元アレイCCD検出器で、信号対雑音比は1000:1です。複数のスペクトル画像を平均化することでも信号対雑音比を向上させることができ、平均化回数を増やすと信号対雑音比は平方根に比例して増加します。例えば、100回平均化すると信号対雑音比は10倍になり、10,000:1に達します。

解決

光学分解能は、光分割能力を測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、1mmあたり1200本以上の回折格子と、狭いスリット、そして2048画素または3648画素のCCD検出器を組み合わせることをお勧めします。