Het kiezen van de juiste glasvezel voor een spectrometer: een praktische gids

Het selecteren van een geschikte optische vezel voor een spectrometersysteem is essentieel voor het garanderen van de signaaloverdrachtefficiëntie en meetnauwkeurigheid. Een onjuiste keuze kan leiden tot signaalverlies of verspilling van hulpbronnen.

Deze gids is gebaseerd op de kenmerken van JINSP-spectrometers en behandelt drie belangrijke vezelparameters:kerndiameter, operationele band/materiaal en numerieke opening (NA). Er worden praktische tips gegeven voor de vezelkeuze, samen met specifieke aanbevelingen voor onze producten.

1. Kerndiameter – Groter is niet altijd beter; Het matchen van de detector is essentieel

Kerndiameters zijn er in verschillende varianten, zoals 5 μm, 50 μm, 100 μm, 200 μm, 400 μm, 600 μm en zelfs tot 1 mm of meer. Hoewel een grotere kerndiameter meer licht kan verzamelen aan het ingangseinde, wordt het ontvangstvermogen van de spectrometer beperkt door de spleetbreedte en de hoogte van het lichtgevoelige gebied van de detector. Groter is dus niet altijd beter.

Verschillende vezelkerndiameters

Vezelsignaalkoppeling in een spleet

JINSP vezel optische spectrometer productspecifieke aanbevelingen:

• Spectrometers met een lineaire CMOS-detector (SR50C, SR75C): Een vezel met een kerndiameter van 200 μm wordt aanbevolen.
• Spectrometers met een CCD-sensor (SR100B, SR100Z, SR100Q, ST90S, ST100S, enz.): Er kan een grotere kerndiameter van 400 μm of 600 μm worden gebruikt, evenals multivezelbundels.

Multivezelbundels hebben een cirkelvormige opstelling aan het ingangseinde voor een efficiënte lichtverzameling, en een lineaire opstelling aan het uitgangseinde om beter aan te sluiten bij de CCD-detector.

2. Golflengte en vezelmateriaal – Pas het materiaal aan de band aan om transmissieverlies te voorkomen

De transmissieprestaties van een optische vezel zijn afhankelijk van het materiaal ervan. Verschillende materialen vertonen significante verschillen in golflengtetransmissie. Het kernprincipe is het selecteren van een vezelmateriaal dat past bij de daadwerkelijke werkingsband. Het gebruik van een incompatibel materiaal zal resulteren in een lage lichttransmissie en ernstige signaalverzwakking.

Er zijn drie hoofdtypen vezelmaterialen beschikbaar, met verschillende bandgeschiktheid:

• High-OH-vezel: voor UV/zichtbare (UV/VIS) banden
• Low-OH-vezel: voor nabij-infrarood (NIR)-banden
• UV-bestendige vezel: speciaal ontworpen voor zuivere UV-bandmetingen

Productspecifieke aanbevelingen van JINSP modulaire septrometer:

• SR50C-, SR75C-, SR100B-spectrometers (UV-VIS-NIR-bereik, 200–1000 nm): Gebruik vezels met een hoog OH-gehalte.
• SR50R17-, SR100N17/N25-spectrometers (NIR-bereik, 900–2500 nm): gebruik vezels met een lage OH.

3. Numerieke opening (NA) – Zorg voor afstemming om de lichtdoorvoer te maximaliseren
NA definieert de lichtacceptatie- en emissiehoek van een vezel, waardoor de divergentiehoek van het licht aan de vezeluitvoer rechtstreeks wordt beïnvloed en de koppelingsefficiëntie en transmissieverlies worden beïnvloed. Het belangrijkste principe is om de vezel-NA af te stemmen op de ontvangende NA van de spectrometer, en ook op eventuele lenzen of concave spiegels in het optische pad om verspilling van lichtenergie te voorkomen.

Algemene NA-waarden voor multimode-vezels zijn onder meer 0,1, 0,22, 0,39 en 0,5. De industriestandaard is NA 0,22. Voor deze NA bedraagt ​​de lichtvlekdiameter na een voortplantingsafstand van 50 mm ongeveer 22 mm en na 100 mm ongeveer 44 mm. Dit divergentiegedrag bepaalt de lay-out van het optische pad en de keuze van hulpcomponenten.

De NA van een optische vezel bepaalt de divergentiehoek van de bundel

Wanneer een optische vezel wordt gebruikt in combinatie met een lens of een concave spiegel, moeten de NA-waarden zo goed mogelijk op elkaar worden afgestemd om energieverlies te voorkomen

De NA van een spectrometer vertegenwoordigt de maximale acceptatiehoek voor inkomend licht – feitelijk de NA van de interne concave spiegel. Overeenkomende voorwaarden:

• Als de vezel NA ≤ spectrometer NA: Al het invallende licht wordt geaccepteerd en gebruikt.
• Als de vezel NA > spectrometer NA: Een deel van de lichtenergie kan niet worden ontvangen, wat leidt tot signaalverlies.

De NA-waarde van een spectrometer is de NA-waarde van zijn interne concave spiegel

Bij het verzamelen van optische signalen kan naast het gebruik van glasvezelgeleiding ook optische koppeling in de vrije ruimte worden gebruikt. Deze methode maakt gebruik van een lens om parallel licht in de spectrometer te focusseren. In een optisch pad in de vrije ruimte moet de numerieke opening (NA) van de lens overeenkomen met die van de spectrometer, en moet de spleet van de spectrometer in het brandpunt van de lens worden geplaatst om een ​​hoge optische doorvoer te bereiken.

Optische koppeling in vrije ruimte

Productspecifieke aanbevelingen van JINSP modulaire spectrometer:

JINSP-transmissiespectrometers (ST-serie) zijn ontworpen met een grote ontvangende NA van 0,25. Ze kunnen het licht van industriestandaard NA 0,22 multimode vezels volledig accepteren zonder extra aanpassingen, waardoor een efficiënt gebruik van lichtenergie wordt gegarandeerd.

Over JINSP Company Limited

JINSP heeft een reeks spectrometers ontwikkeld, waaronder miniatuur glasvezelspectrometers, glasvezelspectrometers met hoge resolutie, transmissiespectrometers en miniatuur NIR-spectrometers. We ondersteunen ook aanpassing van conventionele optische parameters, grootte, softwarefuncties, communicatie-interfaces en meer.