Выбор подходящего оптоволокна для спектрометра: практическое руководство

Выбор подходящего оптического волокна для системы спектрометра имеет важное значение для обеспечения эффективности передачи сигнала и точности измерений. Неправильный выбор может привести к потере сигнала или напрасной трате ресурсов.

В этом руководстве, основанном на характеристиках спектрометров JINSP, рассматриваются три ключевых параметра волокна:диаметр сердечника, рабочий диапазон/материал и числовая апертура (NA). Предоставляются практические советы по выбору волокна, а также конкретные рекомендации для нашей продукции.

1. Диаметр сердечника: больше не всегда лучше; Ключевым моментом является подбор детектора

Диаметры сердцевин бывают различных вариантов, например, 5 мкм, 50 мкм, 100 мкм, 200 мкм, 400 мкм, 600 мкм и даже до 1 мм и более. Хотя сердечник большего диаметра может собрать больше света на входном конце, приемная способность спектрометра ограничена шириной щели и высотой светочувствительной области детектора. Поэтому больше не всегда значит лучше.

Различные диаметры сердцевины волокна

Оптоволоконный ввод сигнала в щель

Рекомендации JINSP по волоконно-оптическому спектрометру для конкретного продукта:

• Спектрометры с линейным КМОП-детектором (SR50C, SR75C): рекомендуется использовать волокно диаметром 200 мкм.
• Спектрометры с ПЗС-детектором (SR100B, SR100Z, SR100Q, ST90S, ST100S и т. д.): можно использовать сердцевину большего диаметра (400 мкм или 600 мкм), а также многоволоконные пучки.

Многоволоконные пучки имеют круглое расположение на входном конце для эффективного сбора света и линейное расположение на выходном конце для лучшего соответствия площадному ПЗС-детектору.

2. Рабочая длина волны и материал волокна. Подберите материал к диапазону, чтобы избежать потерь при передаче.

Характеристики передачи оптического волокна зависят от его материала. Различные материалы демонстрируют значительные различия в пропускании длин волн. Основной принцип заключается в выборе материала волокна, который соответствует фактическому рабочему диапазону. Использование несовместимого материала приведет к низкому светопропусканию и сильному ослаблению сигнала.

Доступны три основных типа волокнистых материалов с различной пригодностью для полос:

• Волокно с высоким содержанием OH: для УФ/видимого (УФ/ВИД) диапазонов.
• Волокно с низким OH: для ближнего инфракрасного (NIR) диапазона.
• Устойчивое к УФ-излучению волокно: специально разработано для измерений в чистом УФ-диапазоне.

Рекомендации JINSP по модульному септрометру для конкретного продукта:

• Спектрометры SR50C, SR75C, SR100B (диапазон UV-VIS-NIR, 200–1000 нм): используйте волокна с высоким содержанием OH.
• Спектрометры SR50R17, SR100N17/N25 (ближний ИК-диапазон, 900–2500 нм): используйте волокна с низким содержанием OH.

3. Числовая апертура (NA) – обеспечьте соответствие для максимизации светопропускания
NA определяет угол приема и излучения света в волокне, напрямую влияя на угол расхождения света на выходе волокна и влияя на эффективность связи и потери при передаче. Ключевой принцип заключается в согласовании числовой апертуры волокна с числовой апертурой приемника спектрометра, а также с любыми линзами или вогнутыми зеркалами на оптическом пути, чтобы избежать потери энергии света.

Общие значения NA для многомодовых волокон включают 0,1, 0,22, 0,39 и 0,5. Отраслевой стандарт — NA 0,22. Для этого NA диаметр светового пятна после расстояния распространения 50 мм составляет около 22 мм, а после 100 мм — около 44 мм. Такое поведение расхождения определяет компоновку оптического пути и выбор вспомогательных компонентов.

Числовая апертура оптического волокна определяет угол расхождения его луча.

Когда оптическое волокно используется вместе с линзой или вогнутым зеркалом, значения числовой апертуры должны быть согласованы как можно ближе, чтобы избежать потерь энергии.

Числовая апертура спектрометра представляет собой максимальный угол приема падающего света – фактически числовая апертура его внутреннего вогнутого зеркала. Условия соответствия:

• Если NA волокна ≤ NA спектрометра: весь падающий свет принимается и используется.
• Если NA волокна > NA спектрометра: часть световой энергии не может быть получена, что приводит к потере сигнала.

Значение числовой апертуры спектрометра - это значение числовой апертуры его внутреннего вогнутого зеркала.

При сборе оптических сигналов, помимо использования оптоволоконной проводимости, также можно использовать оптическую связь в свободном пространстве. В этом методе используется линза для фокусировки параллельного света в спектрометр. В оптическом пути в свободном пространстве числовая апертура (NA) линзы должна совпадать с апертурой спектрометра, а щель спектрометра должна быть расположена в фокусе линзы для достижения высокой оптической пропускной способности.

Оптическая связь в свободном пространстве

Рекомендации JINSP по модульному спектрометру для конкретного продукта:

Спектрометры пропускания JINSP (серия ST) имеют большую приемную апертуру 0,25. Они могут полностью принимать свет от многомодовых волокон NA 0,22 промышленного стандарта без дополнительной адаптации, обеспечивая эффективное использование энергии света.

О компании JINSP Company Limited

JINSP разработал ряд спектрометров, включая миниатюрные оптоволоконные спектрометры, оптоволоконные спектрометры высокого разрешения, трансмиссионные спектрометры и миниатюрные БИК-спектрометры. Мы также поддерживаем настройку обычных оптических параметров, размера, функций программного обеспечения, интерфейсов связи и т. д.