Escolhendo a fibra óptica certa para um espectrômetro: um guia prático

A seleção de uma fibra óptica apropriada para um sistema espectrômetro é essencial para garantir a eficiência da transmissão do sinal e a precisão da medição. Uma escolha inadequada pode levar à perda de sinal ou ao desperdício de recursos.

Com base nas características dos espectrômetros JINSP, este guia cobre três parâmetros principais de fibra:diâmetro do núcleo, banda/material operacional e abertura numérica (NA). São fornecidas dicas práticas para seleção de fibras, juntamente com recomendações específicas para nossos produtos.

1. Diâmetro do núcleo – Maior nem sempre é melhor; Combinar o detector é fundamental

Os diâmetros dos núcleos vêm em várias opções, como 5 μm, 50 μm, 100 μm, 200 μm, 400 μm, 600 μm e até 1 mm ou mais. Embora um diâmetro de núcleo maior possa coletar mais luz na extremidade de entrada, a capacidade de recepção do espectrômetro é limitada pela largura da fenda e pela altura da área fotossensível do detector. Portanto, maior nem sempre é melhor.

Diferentes diâmetros de núcleo de fibra

Acoplamento de sinal de fibra em uma fenda

Recomendações específicas do produto do espectrômetro de fibra óptica JINSP:

• Espectrômetros com detector CMOS linear (SR50C, SR75C): Recomenda-se uma fibra com diâmetro de núcleo de 200 μm.
• Espectrômetros com detector CCD de área (SR100B, SR100Z, SR100Q, ST90S, ST100S, etc.): Um diâmetro de núcleo maior de 400 μm ou 600 μm pode ser usado, bem como feixes multifibras.

Os feixes multifibras apresentam um arranjo circular na extremidade de entrada para uma coleta eficiente de luz e um arranjo linear na extremidade de saída para melhor combinar com o detector CCD de área.

2. Comprimento de onda operacional e material de fibra – Combine o material com a banda para evitar perda de transmissão

O desempenho de transmissão de uma fibra óptica depende do seu material. Diferentes materiais mostram diferenças significativas na transmitância do comprimento de onda. O princípio fundamental é selecionar um material de fibra que corresponda à faixa operacional real. O uso de um material incompatível resultará em baixa transmitância de luz e grave atenuação do sinal.

Três tipos principais de materiais de fibra estão disponíveis, com adequação de banda distinta:

• Fibra de alto OH: para bandas UV/Visível (UV/VIS)
• Fibra com baixo teor de OH: para bandas do infravermelho próximo (NIR)
• Fibra resistente a UV: projetada especificamente para medições de banda UV pura

Recomendações específicas do produto do sepctrômetro modular JINSP:

• Espectrômetros SR50C, SR75C, SR100B (faixa UV-VIS-NIR, 200–1000 nm): Use fibras com alto teor de OH.
• Espectrômetros SR50R17, SR100N17/N25 (faixa NIR, 900–2500 nm): Use fibras com baixo teor de OH.

3. Abertura Numérica (NA) – Garanta a correspondência para maximizar o rendimento da luz
NA define a aceitação da luz e o ângulo de emissão de uma fibra, afetando diretamente o ângulo de divergência da luz na saída da fibra e influenciando a eficiência do acoplamento e a perda de transmissão. O princípio fundamental é combinar o NA da fibra com o NA receptor do espectrômetro e também com quaisquer lentes ou espelhos côncavos no caminho óptico para evitar o desperdício de energia luminosa.

Os valores NA comuns para fibras multimodo incluem 0,1, 0,22, 0,39 e 0,5. O padrão da indústria é NA 0,22. Para este NA, o diâmetro do ponto de luz após uma distância de propagação de 50 mm é de aproximadamente 22 mm e após 100 mm é de cerca de 44 mm. Este comportamento divergente orienta o layout do caminho óptico e a escolha dos componentes auxiliares.

O NA de uma fibra óptica determina o ângulo de divergência do seu feixe

Quando uma fibra óptica é usada junto com uma lente ou um espelho côncavo, os valores NA devem ser combinados o mais próximo possível para evitar perda de energia

O NA de um espectrômetro representa o ângulo máximo de aceitação para a luz que entra – efetivamente o NA de seu espelho côncavo interno. Condições de correspondência:

• Se a fibra NA ≤ espectrômetro NA: Toda a luz incidente é aceita e usada.
• Se a fibra NA > espectrômetro NA: Parte da energia luminosa não pode ser recebida, resultando em perda de sinal.

O valor NA de um espectrômetro é o valor NA de seu espelho côncavo interno

Na coleta de sinais ópticos, além de utilizar a condução por fibra óptica, também pode ser empregado o acoplamento óptico em espaço livre. Este método usa uma lente para focar a luz paralela no espectrômetro. Em um caminho óptico de espaço livre, a abertura numérica (NA) da lente deve corresponder à do espectrômetro, e a fenda do espectrômetro deve ser posicionada no ponto focal da lente para obter alto rendimento óptico.

Acoplamento óptico de espaço livre

Recomendações específicas do produto do espectrômetro modular JINSP:

Os espectrômetros de transmissão JINSP (série ST) são projetados com um grande NA de recepção de 0,25. Eles podem aceitar totalmente a luz de fibras multimodo NA 0,22 padrão da indústria sem adaptação adicional, garantindo o uso eficiente da energia luminosa.

Sobre JINSP Company Limited

A JINSP desenvolveu uma variedade de espectrômetros, incluindo espectrômetros de fibra óptica em miniatura, espectrômetros de fibra óptica de alta resolução, espectrômetros de transmissão e espectrômetros NIR em miniatura. Também oferecemos suporte à personalização de parâmetros ópticos convencionais, tamanho, funções de software, interfaces de comunicação e muito mais.