คำสำคัญ: ตะแกรงโฮโลกราฟิกเฟสของแข็ง VPH, สเปกโตรโฟโตมิเตอร์แบบส่งผ่าน, สเปกโตรมิเตอร์แบบสะท้อนแสง, เส้นทางแสง Czerny-Turner
1.ภาพรวม
สเปกโตรมิเตอร์ไฟเบอร์ออปติกสามารถจำแนกได้เป็นการสะท้อนและการส่งผ่านตามประเภทของตะแกรงเลี้ยวเบนตะแกรงเลี้ยวเบนโดยพื้นฐานแล้วเป็นองค์ประกอบทางแสงซึ่งมีรูปแบบที่มีระยะห่างเท่ากันจำนวนมากไม่ว่าจะบนพื้นผิวหรือภายในเป็นสเปกโตรมิเตอร์ไฟเบอร์ออปติกส่วนประกอบที่สำคัญเมื่อแสงทำปฏิกิริยากับตะแกรงเหล่านี้ ให้แยกย้ายกันไปในมุมที่แตกต่างกันซึ่งกำหนดโดยความยาวคลื่นที่ต่างกันผ่านปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการเลี้ยวเบนของแสง
ด้านบน: สเปกโตรมิเตอร์แบบสะท้อนการแบ่งแยก (ซ้าย) และสเปกโตรมิเตอร์แบบส่องผ่าน (ขวา)
โดยทั่วไปตะแกรงเลี้ยวเบนจะแบ่งออกเป็นสองประเภท: ตะแกรงสะท้อนและตะแกรงส่งตะแกรงการสะท้อนสามารถแบ่งเพิ่มเติมได้เป็นตะแกรงการสะท้อนระนาบและตะแกรงเว้า ในขณะที่ตะแกรงการส่งผ่านสามารถแบ่งย่อยเป็นตะแกรงการส่งผ่านแบบร่องและตะแกรงการส่งผ่านโฮโลแกรมเฟสปริมาตร (VPH)บทความนี้จะแนะนำสเปกโตรมิเตอร์แบบสะท้อนแบบตะแกรงเปลวไฟแบบระนาบและสเปกโตรมิเตอร์แบบตะแกรงแบบตะแกรง VPH เป็นหลัก
ด้านบน: ตะแกรงสะท้อนแสง (ซ้าย) และตะแกรงส่งกำลัง (ขวา)
เหตุใดสเปกโตรมิเตอร์ส่วนใหญ่จึงเลือกการกระจายตัวของตะแกรงแทนปริซึมส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยหลักการสเปกตรัมของตะแกรงจำนวนเส้นต่อมิลลิเมตรบนตะแกรง (ความหนาแน่นของเส้น หน่วย: เส้น/มม.) จะกำหนดความสามารถทางสเปกตรัมของตะแกรงความหนาแน่นของเส้นตะแกรงที่สูงขึ้นส่งผลให้มีการกระจายตัวของแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันมากขึ้นหลังจากผ่านตะแกรง ส่งผลให้มีความละเอียดของแสงสูงขึ้นโดยทั่วไป ความหนาแน่นของร่องที่มีอยู่และตะแกรงได้แก่ 75, 150, 300, 600, 900, 1200, 1800, 2400, 3600 เป็นต้น ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดสำหรับช่วงสเปกตรัมและความละเอียดต่างๆในขณะที่ปริซึมสเปกโทรสโกปีถูกจำกัดด้วยการกระจายตัวของวัสดุแก้ว โดยที่คุณสมบัติการกระจายตัวของแก้วจะกำหนดความสามารถทางสเปกโทรสโกปีของปริซึมเนื่องจากคุณสมบัติการกระจายตัวของวัสดุแก้วมีจำกัด จึงเป็นความท้าทายในการตอบสนองความต้องการของการใช้งานสเปกตรัมต่างๆดังนั้นจึงไม่ค่อยมีการใช้ในสเปกโตรมิเตอร์ไฟเบอร์ออปติกขนาดเล็กเชิงพาณิชย์
คำบรรยายภาพ: ผลกระทบทางสเปกตรัมของความหนาแน่นของร่องตะแกรงต่างๆ ในแผนภาพด้านบน
รูปนี้แสดงสเปกโตรเมตรีการกระจายตัวของแสงสีขาวผ่านกระจก และสเปกโตรเมตรีการเลี้ยวเบนผ่านตะแกรง
ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาตะแกรง เริ่มต้นด้วย "การทดลองช่องคู่ของยัง" แบบดั้งเดิม: ในปี ค.ศ. 1801 โทมัส ยัง นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ค้นพบการรบกวนของแสงโดยใช้การทดลองช่องคู่แสงสีเอกรงค์ที่ส่องผ่านช่องคู่แสดงขอบสว่างและขอบมืดสลับกันการทดลองแบบสลิตคู่ตรวจสอบครั้งแรกว่าแสงมีลักษณะคล้ายกับคลื่นน้ำ (ธรรมชาติของคลื่นของแสง) ทำให้เกิดความรู้สึกในชุมชนฟิสิกส์ต่อมา นักฟิสิกส์หลายคนได้ทำการทดลองการรบกวนแบบหลายช่องและสังเกตปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนของแสงผ่านตะแกรงต่อมา นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส เฟรสเนลได้พัฒนาทฤษฎีพื้นฐานของการเลี้ยวเบนแบบตะแกรงโดยการรวมเทคนิคทางคณิตศาสตร์ที่เสนอโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน ฮอยเกนส์ โดยอาศัยผลลัพธ์เหล่านี้
รูปภาพนี้แสดงให้เห็นการรบกวนแบบกรีดสองครั้งของ Young ทางด้านซ้าย โดยมีขอบสว่างและขอบมืดสลับกันการเลี้ยวเบนแบบหลายช่อง (ขวา) การกระจายแถบสีตามลำดับที่ต่างกัน
2.สเปกโตรมิเตอร์แบบสะท้อนแสง
โดยทั่วไป สเปกโตรมิเตอร์การสะท้อนจะใช้เส้นทางแสงที่ประกอบด้วยตะแกรงการเลี้ยวเบนของระนาบและกระจกเว้า ซึ่งเรียกว่าเส้นทางแสงของ Czerny-Turnerโดยทั่วไปจะประกอบด้วยรอยกรีด ตะแกรงเปลวไฟระนาบ กระจกเว้าสองบาน และเครื่องตรวจจับการกำหนดค่านี้โดดเด่นด้วยความละเอียดสูง แสงรบกวนต่ำ และปริมาณงานออปติคอลสูงหลังจากที่สัญญาณแสงส่องผ่านช่องแคบๆ ในตอนแรก สัญญาณแสงจะถูกปรับให้เข้ากันเป็นลำแสงคู่ขนานด้วยตัวสะท้อนแสงแบบเว้า จากนั้นจะกระทบกับตะแกรงการเลี้ยวเบนแบบระนาบ ซึ่งความยาวคลื่นที่เป็นส่วนประกอบถูกหักเหในมุมที่แตกต่างกันในที่สุด ตัวสะท้อนแสงแบบเว้าจะโฟกัสแสงที่หักเหไปที่ตัวตรวจจับแสง และสัญญาณที่มีความยาวคลื่นต่างกันจะถูกบันทึกโดยพิกเซลที่ตำแหน่งที่แตกต่างกันบนชิปโฟโตไดโอด ซึ่งท้ายที่สุดจะสร้างสเปกตรัมขึ้นมาโดยทั่วไปแล้ว สเปกโตรมิเตอร์แบบสะท้อนยังรวมฟิลเตอร์ป้องกันการเลี้ยวเบนอันดับสองและเลนส์คอลัมน์เพื่อปรับปรุงคุณภาพของสเปกตรัมเอาท์พุต
รูปนี้แสดงสเปกโตรมิเตอร์ตะแกรงพาธแบบออปติคอล CT แบบกากบาท
ควรกล่าวว่า Czerny และ Turner ไม่ใช่ผู้ประดิษฐ์ระบบการมองเห็นนี้ แต่ได้รับการยกย่องสำหรับผลงานที่โดดเด่นในด้านทัศนศาสตร์ ได้แก่ Adalbert Czerny นักดาราศาสตร์ชาวออสเตรีย และ Rudolf W. Turner นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน
โดยทั่วไป ทางเดินแสงของ Czerny-Turner สามารถแบ่งได้เป็นสองประเภท: แบบกากบาทและแบบกางออก (ประเภท M)เส้นทางแสงแบบกากบาท/เส้นทางแสงแบบ M-type มีขนาดกะทัดรัดกว่าในที่นี้ การกระจายแบบสมมาตรซ้าย-ขวาของกระจกเว้าสองตัวที่สัมพันธ์กับตะแกรงระนาบ แสดงการชดเชยความคลาดเคลื่อนนอกแกนร่วมกัน ส่งผลให้ความละเอียดของแสงสูงขึ้นสเปกโตรมิเตอร์ไฟเบอร์ออปติก SpectraCheck® SR75C ใช้เส้นทางแสงประเภท M ให้ความละเอียดของแสงสูงถึง 0.15 นาโนเมตรในช่วงอัลตราไวโอเลต 180-340 นาโนเมตร
ด้านบน: เส้นทางแสงแบบ Cross-type/เส้นทางแสงแบบขยาย (ประเภท M)
นอกจากนี้นอกเหนือจากตะแกรงไฟแบบแบนแล้ว ยังมีตะแกรงไฟแบบเว้าอีกด้วยตะแกรงเปลวไฟเว้าสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นการรวมกันของกระจกเว้าและตะแกรงดังนั้นสเปกโตรมิเตอร์ตะแกรงเปลวไฟเว้าจึงประกอบด้วยเพียงช่องสลิต ตะแกรงเปลวไฟเว้า และเครื่องตรวจจับ ทำให้มีความเสถียรสูงอย่างไรก็ตาม ตะแกรงเปลวไฟแบบเว้ากำหนดข้อกำหนดทั้งทิศทางและระยะห่างของแสงที่หักเหของเหตุการณ์ ซึ่งจำกัดตัวเลือกที่มีอยู่
ด้านบน: สเปกโตรมิเตอร์ตะแกรงเว้า
เวลาโพสต์: Dec-26-2023