Auswahl der richtigen Glasfaser für ein Spektrometer: Ein praktischer Leitfaden

Die Auswahl einer geeigneten optischen Faser für ein Spektrometersystem ist für die Gewährleistung der Signalübertragungseffizienz und Messgenauigkeit von entscheidender Bedeutung. Eine falsche Wahl kann zu Signalverlust oder Ressourcenverschwendung führen.

Basierend auf den Eigenschaften von JINSP-Spektrometern behandelt dieser Leitfaden drei wichtige Faserparameter:Kerndurchmesser, Betriebsband/Material und numerische Apertur (NA). Wir geben praktische Tipps zur Faserauswahl und konkrete Empfehlungen für unsere Produkte.

1. Kerndurchmesser – Größer ist nicht immer besser; Der richtige Detektor ist der Schlüssel

Kerndurchmesser gibt es in verschiedenen Optionen, beispielsweise 5 μm, 50 μm, 100 μm, 200 μm, 400 μm, 600 μm und sogar bis zu 1 mm oder mehr. Während ein größerer Kerndurchmesser am Eingangsende mehr Licht sammeln kann, ist die Empfangsfähigkeit des Spektrometers durch die Spaltbreite und die Höhe des lichtempfindlichen Bereichs des Detektors begrenzt. Daher ist größer nicht immer besser.

Verschiedene Faserkerndurchmesser

Einkopplung von Glasfasersignalen in einen Schlitz

Produktspezifische Empfehlungen für das faseroptische Spektrometer JINSP:

• Spektrometer mit einem linearen CMOS-Detektor (SR50C, SR75C): Eine Faser mit 200 μm Kerndurchmesser wird empfohlen.
• Spektrometer mit Flächen-CCD-Detektor (SR100B, SR100Z, SR100Q, ST90S, ST100S usw.): Es können ein größerer Kerndurchmesser von 400 μm oder 600 μm sowie Multifaserbündel verwendet werden.

Mehrfaserbündel verfügen über eine kreisförmige Anordnung am Eingangsende für eine effiziente Lichtsammlung und eine lineare Anordnung am Ausgangsende, um eine bessere Anpassung an den Flächen-CCD-Detektor zu ermöglichen.

2. Betriebswellenlänge und Fasermaterial – Passen Sie das Material an das Band an, um Übertragungsverluste zu vermeiden

Die Übertragungsleistung einer optischen Faser hängt von ihrem Material ab. Unterschiedliche Materialien weisen erhebliche Unterschiede in der Wellenlängendurchlässigkeit auf. Das Kernprinzip besteht darin, ein Fasermaterial auszuwählen, das zum tatsächlichen Betriebsband passt. Die Verwendung eines inkompatiblen Materials führt zu einer geringen Lichtdurchlässigkeit und einer starken Signaldämpfung.

Es stehen drei Haupttypen von Fasermaterialien mit unterschiedlicher Bandeignung zur Verfügung:

• High-OH-Faser: Für UV/sichtbare (UV/VIS) Bänder
• Low-OH-Faser: Für Bänder im nahen Infrarot (NIR).
• UV-beständige Faser: Speziell für reine UV-Bandmessungen entwickelt

Produktspezifische Empfehlungen für das modulare Septrometer JINSP:

• Spektrometer SR50C, SR75C, SR100B (UV-VIS-NIR-Bereich, 200–1000 nm): Verwenden Sie Fasern mit hohem OH-Gehalt.
• Spektrometer SR50R17, SR100N17/N25 (NIR-Bereich, 900–2500 nm): Verwenden Sie Fasern mit niedrigem OH-Gehalt.

3. Numerische Apertur (NA) – Stellen Sie die Anpassung sicher, um den Lichtdurchsatz zu maximieren
NA definiert den Lichtakzeptanz- und Emissionswinkel einer Faser, wirkt sich direkt auf den Divergenzwinkel des Lichts am Faserausgang aus und beeinflusst die Kopplungseffizienz und den Übertragungsverlust. Das Schlüsselprinzip besteht darin, die Faser-NA an die Empfangs-NA des Spektrometers und auch an alle Linsen oder konkaven Spiegel im optischen Pfad anzupassen, um eine Verschwendung von Lichtenergie zu vermeiden.

Zu den üblichen NA-Werten für Multimode-Fasern gehören 0,1, 0,22, 0,39 und 0,5. Der Industriestandard ist NA 0,22. Für diese NA beträgt der Lichtfleckdurchmesser nach einer Ausbreitungsstrecke von 50 mm etwa 22 mm und nach 100 mm etwa 44 mm. Dieses Divergenzverhalten bestimmt die Gestaltung des Strahlengangs und die Auswahl der Hilfskomponenten.

Die NA einer optischen Faser bestimmt ihren Strahldivergenzwinkel

Wenn eine optische Faser zusammen mit einer Linse oder einem Hohlspiegel verwendet wird, sollten die NA-Werte so genau wie möglich übereinstimmen, um Energieverluste zu vermeiden

Die NA eines Spektrometers stellt den maximalen Akzeptanzwinkel für einfallendes Licht dar – praktisch die NA seines internen Hohlspiegels. Passende Bedingungen:

• Wenn die Faser-NA ≤ Spektrometer-NA ist: Das gesamte einfallende Licht wird akzeptiert und verwendet.
• Wenn die Faser-NA > Spektrometer-NA ist: Ein Teil der Lichtenergie kann nicht empfangen werden, was zu einem Signalverlust führt.

Der NA-Wert eines Spektrometers ist der NA-Wert seines internen Hohlspiegels

Bei der Erfassung optischer Signale kann neben der faseroptischen Leitung auch die optische Freiraumkopplung eingesetzt werden. Bei dieser Methode wird eine Linse verwendet, um paralleles Licht in das Spektrometer zu fokussieren. In einem optischen Freiraumpfad muss die numerische Apertur (NA) der Linse mit der des Spektrometers übereinstimmen und der Spalt des Spektrometers muss im Brennpunkt der Linse positioniert sein, um einen hohen optischen Durchsatz zu erreichen.

Optische Freiraumkopplung

Produktspezifische Empfehlungen für das modulare Spektrometer JINSP:

JINSP-Transmissionsspektrometer (ST-Serie) sind mit einer großen Empfangs-NA von 0,25 ausgestattet. Sie können Licht von branchenüblichen NA 0,22-Multimode-Fasern ohne zusätzliche Anpassung vollständig aufnehmen und sorgen so für eine effiziente Nutzung der Lichtenergie.

Über JINSP Company Limited

JINSP hat eine Reihe von Spektrometern entwickelt, darunter faseroptische Miniaturspektrometer, hochauflösende faseroptische Spektrometer, Transmissionsspektrometer und Miniatur-NIR-Spektrometer. Wir unterstützen auch die Anpassung herkömmlicher optischer Parameter, Größe, Softwarefunktionen, Kommunikationsschnittstellen und mehr.