главная   оптика   волоконная оптика   спектроскопия   лазеры   лазерные системы
 
     
 
Оптика
Волоконная оптика
Спектроскопия /
  История спектроскопии
  Спектральные диапазоны электромагнитного излучения
  Колебательная спектроскопия
  Спектроскопические приборы и методики
  Фурье-спектроскопия
  Лазерная спектроскопия
  Лазерная искровая спектроскопия (LIBS)
  Рамановская спектроскопия
  Области применения спектроскопии
Лазеры
Лазерные системы
Телекоммуникации и связь
 
Выставки и конференции
Новости науки и лазерной техники
 
О проекте
Ссылки

 

Детекторы и типы спектрометров для ЛИЭС

Оборудование ЛИЭСВыбор детекторов для ЛИЭС производиться исходя из стоимости, чувствительности и спектрального диапазона. Использовав различные виды ЛИЭС детекторов, к сожалению, мы можем сказать, что нету никакой золотой середины, которая будет оптимальна в любой ситуации. В большинстве случаев есть компромиссы, которые должны быть учтены. Этой короткой статьи должно быть достаточно, чтобы помочь вам выбрать детектор, который вы сможете применить.

Мы будем рассматривать простые спектрометры на основе ПЗС матриц, широкополосные матричные спектрометры, Echelle спектрометры с усиленной ПЗС, спектрометры Czerny-Turner с усиленной ПЗС и основанные на ПЗС спектрометры. Они обладают следующими признаками:


Основанные на ПЗС спектрометры

используются для различных применений, спектрометры на основе прибора с зарядовой связью являются недорогими и имеют довольно широкий охват длин волн, в зависимости от ПЗС. Обычно они не могут закрываться быстрее чем за несколько миллисекунд и поэтому трудно контролировать время сбора данных или сделать этот сбор более коротким, что может повлиять на воспроизводимость измерений. Охлаждённые ПЗС могут иметь очень низкий темновой шум, и, следовательно, очень низкий общий уровень шума.

Широкополосные спектрометры с диодной матрицей:

эти спектрометры на ПЗС основе предназначены для охвата широкого диапазона длин волн. Обычно они неохлаждаемые, со спектрами сразу нескольких ПЗС сшитых вместе для формирования большого широкополосного спектра. Эти системы обеспечивают относительно низкую стоимость обладая несколькими чувствительными элементами. В зависимости от конфигурации, пределы чувствительности этих спектрометров могут быть удивительно низкими. В лучшем случае, эти системы обеспечивают разрешение 0.1 нм.


Echelle спектрометры

обеспечивают получение данных в широком диапазоне и при этом в комбинации с охлаждающем ПЗС, позволяет производить стробирование по времени, “вырезание” определённых временных участков, до 1/10 наносекунды. В echelle спектрометре, входящий свет рассеивается призмой и решёткой на детектор, в результате чего в 2-мерной спектральной области различные порядки (обычно сравнительно слабее высших порядков), которые будут отсортированы программой, для формирования спектра. В зависимости от области длин волн, линии излучения echelle спектрометра с усиленными камерами могут превзойти широкополосные диодные матрицы в чувствительности обнаружения на порядок или выше. С разрешением как правило 0.05 нм (50 мкм) или лучше. Усиление шума камеры как правило ограничивает отношение сигнал-шум.


Спектрометры Czerny-Turner

В нём при первом измерении происходит разложение света в спектр при помощи дифракционной решетки. Обычно используется решетка первого порядка. На обычных 256 х 1064 усилились множество ПЗС-матриц, каждая таким образом осуществляет сбор сильно разложившегося в спектр света (решетки от первого порядка) и может выбирать, что бы собрать (“bin”) от 1 до 256 рядов данных по усиленному ПЗС. Мощный свет первого порядка объединяется с выбором binning(с суммированием зарядов смежных ячеек в один суперпиксель в процессе считывания информации) от 1-256 рядов и изменении коэффициента усиления на камере усилителя от 1-256 приводит к инструменту с невероятным динамическим диапазоном. К сожалению ограничения, на диапазон усиления ПЗС матрицы таковы, что решетка с дисперсией примерно 0.01-0.2 нм в 0.25- метровом спектрометре, из-за ограничения может выдавать нам только 20-30 нм спектрального диапазона. Обычно решётка может вращаться на турели, что бы охватить широкий диапазон, но спектральный диапазон ограничен, в результате чего одновременное измерение нескольких элементов, как правило не представляется возможным. Имея в виду это ограничение, Czerny-Turner с усиленной ПЗС является одной из наиболее чувствительных конфигураций для LIBS.

 

 

Спектрометры на основе фотоэлектронных умножителей (ФЭУ)

Фотоэлектронные умножители, это точечные детекторы с гораздо большим потенциальным усилением чем даже усиленные ПЗС из-за многочисленных стадий усиления – обычно они могут обеспечивать усиление сигнала на 107 к УПЗС 5х104 – увеличение величины больше чем на 2 порядка. Тем не менее, как точечные детекторы они должны применяться либо в широких матрицах, либо с несколькими детекторами в конфигурации спектрометра Paschen-Runge. Следовательно, основанные на ФЭУ датчики хорошо работают, если заранее известно, что нужно обнаружить. Ещё одно преимущество заключается в том, что ФЭУ является аналоговым устройством, которое может непрерывно считывать (очень быстро), обеспечивая динамический сигнал. Который может быть очень полезен в понимании происходящего в плазме.


И как же в этом разобраться? Очевидно, что нету явного победителя в каждой из категорий стоимости, чувствительности, способности запуска и широкополосный характер. В этих категориях оцениваются различные варианты:

 

  • Стоимость: ПЗС < Широкополосные ПЗС < Paschen-Runge ФЭУ < Czerny-Turner УПЗС < Echelle УПЗС
  • Чувствительность: ПЗС < Широкополосные ПЗС < Echelle УПЗС < Czerny-Turner УПЗС < Paschen-Runge ФЭУ
  • Возможность запуска: ПЗС = Широкополосные ПЗС < Echelle УПЗС = Czerny-Turner УПЗС < Paschen-Runge ФЭУ
  • Широкополосный характер: ПЗС = Czerny-Turner УПЗС < Paschen-Runge ФЭУ(в завичимости от количества каналов) < Широкополосные ПЗС = Echelle УПЗС


 

 
Кафедра Лазерной техники БГТУ 'Военмех'

Онлайн-конвертер

 
         
 
  разработка сайта NINSIS   190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1
тел/факс: +7 (812) 316-49-09
www.laser-portal.ru