عادةً ما تستخدم أجهزة قياس الطيف بالألياف الضوئية الألياف الضوئية كمُقرن إشارة، حيث تُربط هذه الألياف ضوئيًا بالمُقْرَن الطيفي لإجراء تحليل طيفي. وبفضل سهولة استخدام الألياف الضوئية، يُمكن للمستخدمين بناء نظام لاكتساب الطيف بمرونة عالية.
ميزة مطياف الألياف البصرية هي قابلية التعديل والمرونة لنظام القياس.مطياف الألياف الضوئيةمن جامعة MUT في ألمانيا، يتميز بسرعة فائقة، مما يسمح باستخدامه للتحليل عبر الإنترنت. وبفضل استخدام أجهزة الكشف العالمية منخفضة التكلفة، تنخفض تكلفة جهاز قياس الطيف، وبالتالي تنخفض تكلفة نظام القياس بأكمله.
يتكون التكوين الأساسي لمطياف الألياف الضوئية من شبكة، وشق، وكاشف. يجب تحديد معلمات هذه المكونات عند شراء مطياف. يعتمد أداء المطياف على دقة تركيب هذه المكونات ومعايرتها، وبعد معايرة مطياف الألياف الضوئية، لا يمكن تغيير هذه الملحقات.
مقدمة عن الوظيفة
شبكة
يعتمد اختيار الشبكة على النطاق الطيفي ومتطلبات الدقة. بالنسبة لمطيافات الألياف الضوئية، يتراوح النطاق الطيفي عادةً بين 200 و2500 نانومتر. ونظرًا لمتطلبات الدقة العالية نسبيًا، يصعب الحصول على نطاق طيفي واسع؛ فكلما زادت الدقة المطلوبة، قل التدفق الضوئي. أما بالنسبة لمتطلبات الدقة المنخفضة والنطاق الطيفي الأوسع، فإن الشبكة ذات 300 خط/مم هي الخيار الأمثل. إذا كانت هناك حاجة إلى دقة طيفية عالية نسبيًا، فيمكن تحقيقها باختيار شبكة ذات 3600 خط/مم، أو اختيار كاشف بدقة بكسل أعلى.
شق
يمكن للشق الأضيق تحسين الدقة، لكن تدفق الضوء يكون أقل. من ناحية أخرى، يمكن للشقوق الأوسع زيادة الحساسية، ولكن على حساب الدقة. في متطلبات التطبيقات المختلفة، يتم اختيار عرض الشق المناسب لتحسين نتيجة الاختبار الإجمالية.
مسبار
يُحدد الكاشف، إلى حد ما، دقة وحساسية مطياف الألياف البصرية. فالمنطقة الحساسة للضوء على الكاشف محدودة مبدئيًا، وتُقسّم إلى عدة بكسلات صغيرة للحصول على دقة عالية، أو إلى بكسلات أقل حجمًا للحصول على حساسية عالية. بشكل عام، تكون حساسية كاشف CCD أفضل، ما يُتيح الحصول على دقة أفضل دون حساسية مُحددة. بفضل الحساسية العالية والضوضاء الحرارية لكاشف InGaAs في الأشعة تحت الحمراء القريبة، يُمكن تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء في النظام بفعالية باستخدام التبريد.
مرشح بصري
بفضل تأثير الحيود متعدد المراحل للطيف نفسه، يُمكن تقليل تداخله باستخدام المُرشِّح. بخلاف أجهزة قياس الطيف التقليدية، تُطلى أجهزة قياس الطيف بالألياف الضوئية على الكاشف، ويتطلب هذا الجزء من الوظيفة تركيبه في المصنع. في الوقت نفسه، يتميز هذا الطلاء بخاصية منع الانعكاس، ويُحسّن نسبة الإشارة إلى الضوضاء في النظام.
يتحدد أداء المطياف بشكل رئيسي بالمدى الطيفي، والدقة البصرية، والحساسية. ويؤثر تغيير أحد هذه المعلمات عادةً على أداء المعلمات الأخرى.
لا يتمثل التحدي الرئيسي للمطياف في تحسين جميع المعلمات عند التصنيع، بل في جعل مؤشراته الفنية تلبي متطلبات الأداء لمختلف التطبيقات في هذا الفضاء ثلاثي الأبعاد. تُمكّن هذه الاستراتيجية المطياف من إرضاء العملاء وتحقيق أقصى عائد بأقل استثمار. يعتمد حجم المكعب على المؤشرات الفنية التي يحتاج المطياف إلى تحقيقها، ويرتبط حجمه بتعقيد المطياف وسعره. يجب أن تلبي منتجات المطياف المعايير الفنية التي يطلبها العملاء بالكامل.
النطاق الطيفي
أجهزة قياس الطيفعادةً ما تُعطي النطاقات الطيفية ذات النطاق الطيفي الأصغر معلومات طيفية مفصلة، بينما تُعطي النطاقات الطيفية الكبيرة نطاقًا بصريًا أوسع. لذلك، يُعدّ النطاق الطيفي للمطياف أحد المعايير المهمة التي يجب تحديدها بوضوح.
العوامل التي تؤثر على النطاق الطيفي هي بشكل أساسي الشبكة والكاشف، ويتم اختيار الشبكة والكاشف المقابلين وفقًا لمتطلبات مختلفة.
حساسية
عند الحديث عن الحساسية، من المهم التمييز بين الحساسية في القياس الضوئي (أصغر قوة إشارة يمكن أن تصل إليها العينة) والحساسية في القياس الضوئي (أصغر قوة إشارة يمكن أن تصل إليها العينة).مطيافيمكن الكشف عنها) والحساسية في القياس الكيميائي (أصغر فرق في الامتصاص يمكن لجهاز قياس الطيف قياسه).
أ. الحساسية الضوئية
للتطبيقات التي تتطلب مطيافات عالية الحساسية، مثل مطيافات الفلورسنت ورامان، نوصي باستخدام مطيافات الألياف الضوئية SEK المبردة حرارياً والمُزودة بكاشفات CCD ثنائية الأبعاد بدقة 1024 بكسل ومُبردة حرارياً، بالإضافة إلى عدسات تكثيف الكاشفات، ومرايا ذهبية، وشقوق واسعة (100 ميكرومتر أو أكثر). يتميز هذا الطراز بأوقات تكامل طويلة (من 7 مللي ثانية إلى 15 دقيقة) لتحسين قوة الإشارة، وتقليل الضوضاء، وتحسين النطاق الديناميكي.
ب. الحساسية الكيميائية
للكشف عن قيمتين لمعدل الامتصاص بسعة متقاربة جدًا، لا تقتصر الحاجة على حساسية الكاشف فحسب، بل تشمل أيضًا نسبة الإشارة إلى الضوضاء. الكاشف ذو أعلى نسبة إشارة إلى ضوضاء هو كاشف CCD ثنائي الأبعاد مبرد حراريًا بدقة 1024 بكسل في مطياف SEK، بنسبة إشارة إلى ضوضاء تبلغ 1000:1. كما يمكن لمتوسط الصور الطيفية المتعددة تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء، وستؤدي زيادة العدد المتوسط إلى زيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء بسرعة الجذر التربيعي. على سبيل المثال، يمكن لمتوسط 100 مرة أن يزيد نسبة الإشارة إلى الضوضاء 10 مرات، لتصل إلى 10000:1.
دقة
الدقة البصرية معيار مهم لقياس قدرة التقسيم البصري. إذا كنت بحاجة إلى دقة بصرية عالية جدًا، فننصحك باختيار شبكة ذات 1200 خط/مم أو أكثر، مع شق ضيق وكاشف CCD بدقة 2048 أو 3648 بكسل.
وقت النشر: ٢٧ يوليو ٢٠٢٣