View
11
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
4.6.5 Sambungan Cahaya dari Sumber ke sebuah celah
Masalah umum dalam desain eksperimen optik melibatkan
pengiriman cahaya dbaik ari sumber ke target, atau kumpulan
cahaya dari sumber cahaya dan pengiriman ke celah koleksi.
Koleksi celah mungkin daerah aktif photodetektor, celah masuk
spektrometer, atau segi serat optik. Masalah penting yang
spesifik adalah fokus dari sinar laser ke tempat kecil.
Kadang-kadang solusi untuk satu masalah ini akan melibatkan
sistem pencitraan, tetapi juga mungkin melibatkan kolektor
cahaya nonimaging.
(1) Koleksi cahaya dari sumber titik dan pengiriman untuk
celah sasaran. Situasi ini digambarkan pada Gambar 4,142.
Padat sudut subtended oleh aperture melingkar S = πa2 di R
jarak dari sumber adalah:
Untuk meningkatkan cahaya dikirimkan ke celah S, sebuah sistem
lensa dapat ditempatkan antara O dan O’ seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 4,143. Untuk memaksimalkan pengumpulan
cahaya, lensa yang digunakan harus memiliki f kecil / nomor (f
/ #). The titik sumber ditempatkan dekat dengan titik fokus
dari lensa,
Dalam prakteknya lensa aspheric harus digunakan dalam aplikasi
ini, terutama jika celah S adalah ukuran kecil. Jika reflektor
bulat ditempatkan di belakang sumber, seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 4,143 (b), sehingga sumber terletak di pusatnya
kelengkungan, maka efisiensi pengumpulan dapat dua kali lipat.
(2) cahaya sambung dari sumber titik ke serat optik. Apakah
sumber sebenarnya merupakan sumber titik atau ukuran kecil yg
terbatas dibandingkan dengan jarak lain dalam geometri Gambar
4,143 (c) tidak terlalu penting. Untuk sambungan cahaya ke
serat, sumber harus dicitrakan ke ujung depan serat dibelah,
namun sinar cahaya harus tetap dalam celah numerik dari serat:
sin h0 <NA. Pada prinsipnya, hal ini dapat dicapai dengan
menempatkan sumber yang dekat dengan titik fokus lensa
sehingga perbesaran linear (v / u) besar. Dalam prakteknya,
pembesaran maksimum yang dapat digunakan akan dibatasi oleh
diameter inti serat dan ukuran terbatas sumber.
(3) Koleksi cahaya dari sumber diperpanjang dan pengiriman ke
celah a. Situasi ini ditunjukkan pada Gambar 4,144. Hal ini
tidak mungkin dalam hal ini untuk gambar sumber diperpanjang
ke titik, yang terbaik yang bisa dilakukan adalah dengan
gambar sebagai besar wilayah sumber mungkin ke celah S. Jika
titik aksial pada sumbernya dicitrakan dengan pusat celah S,
maka daerah dari sumber yang dapat dicitrakan ke celah S
adalah
sejak m = (v / u) adalah perbesaran linear dari sistem. Sebuah
sistem pencitraan berkualitas tinggi akan perlu digunakan
dalam situasi ini, terutama jika celah S kecil, sebaliknya,
penyimpangan akan mempengaruhi ukuran gambar. Jika kecerahan
sumber diperpanjang pada Gambar 4,144 adalah B1 (? Wm 2 sr 1),
maka daya yang dikumpulkan oleh lensa, kira-kira:
cahaya ini dicitrakan ke celah koleksi daerah S mana
menempati (delta)Ω2 sudut padat ditentukan oleh sudut θ2, di
mana:
4.6.6 Modulator Optical
Dalam banyak percobaan optik , terutama yang melibatkan
deteksi sinyal cahaya lemah atau sinyal-sinyal listrik yang
lemah yang dihasilkan oleh beberapa fenomena cahaya yang
dirangsang , sinyal ke-rasio kebisingan dapat ditingkatkan
dengan menggunakan pendeteksian fase - sensitif. Prinsip-
prinsip yang mendasari teknik ini dibahas dalam Bagian 6.8.2 .
Untuk memodulasi intensitas sinyal cahaya lemah jatuh pada
detektor , sinyal harus diganggu secara berkala . Hal ini
paling mudah dilakukan dengan helikopter mekanik . Sinyal
listrik lemah yang dihasilkan dari stimulasi optik beberapa
fenomena juga dapat dimodulasi dengan cara ini dengan memotong
radiasi dari sumber rangsangan. Modulasi balok sempit cahaya
seperti sinar laser , atau sumber-sumber yang dapat
diperpanjang difokuskan ke celah kecil lensa , mudah dicapai
dengan helikopter garpu tala. Perangkat tersebut tersedia
dari Boston Electronics , Electro - Optical Produk , dan
Scitec Instrumen . Wilayah pemotongan dapat berkisar hingga
beberapa milimeter lebar dan beberapa sentimeter panjang di
frekuensi dari 5 Hz sampai 3 kHz . Untuk memotong emisi dari
sumber luas , atau melalui lubang besar , perputaran roda
yang sangat nyaman . Roda memotong dapat dibuat dari
bahan keras yang cocok , bahan buram cocok dan harus memotong
lubang radial dari salah satu bentuk yang ditunjukkan pada
Gambar 4,145 . Bentuk celah memastikan bahwa rasio mark-to -
ruang intensitas termodulasi adalah independen dari mana
cahaya melewati roda .
Dengan memotong sangat banyak slot di roda ,nilai modulasi
yang sangat tinggi dapat dicapai , misalnya , hingga 100 kHz
dengan 20 000 rpm bermotor dan roda dengan 300 slot . Roda
memotong biasanya harus dicat atau anodized hitam matt . Untuk
memotong sinar laser intens ( lebih dari mungkin 1 W ) ,
mungkin lebih baik untuk membuat roda reflektif sehingga
energi sinar yang tidak diinginkan dapat tercermin ke dump
balok . Roda memotong kaca reflektif dapat digunakan pada
kecepatan rendah dalam percobaan di mana sinar cahaya harus
diarahkan secara berkala sepanjang dua jalan yang berbeda .
Untuk mendapatkan sinyal referensi listrik yang sinkron dengan
roda memotong mekanik , sebagian kecil dari sinar
ditransmisikan , jika yang terakhir cukup kuat , dapat
tercermin ke sebuah fotodioda atau fototransistor . Atau ,
sebuah lampu filamen tungsten tambahan dan fotodioda dapat
dipasang di sisi berlawanan dari roda. Jika ini dipasang pada
lengan diputar , fase sinyal referensi yang mereka berikan
dapat disesuaikan mekanis . Memotong roda dengan built -in
kontrol kecepatan dan sinyal referensi rotasi listrik tersedia
secara komersial dari Boston Electronics , DL Instrument , EG
& G Princeton Penelitian Terapan , Electro - Optical Produk
Corp , New Focus , Sistem Penelitian Stanford , dan Thorlabs .
Modulator elektro - optik ( sel Pockel ini ) juga dapat
digunakan dalam keadaan khusus , terutama untuk modulasi sinar
laser , atau ketika getaran mekanis tidak diinginkan .
Pengoperasian perangkat ini secara skematis diperlihatkan pada
Gambar 4,146 .
Cahaya melewati kristal elektro - optik pesawat terpolarisasi
sebelum masuk dan kemudian memiliki keadaan polarisasi diubah
oleh jumlah yang tergantung pada tegangan yang diberikan ke
kristal . Efeknya adalah untuk memodulasi intensitas cahaya
yang ditransmisikan melalui polarizer linear kedua ditempatkan
di belakang kristal elektro - optik . Dengan memilih orientasi
yang benar dari polarizer masukan relatif terhadap sumbu dari
kristal elektro - optik dan menghilangkan polarizer output,
perangkat menjadi fase modulator optik . Untuk rincian lebih
lanjut dari amplitudo ini elektro - optik dan modulator fase
pembaca disebut buku oleh Yariv , 14 Kaminow , 125 dan
Davis.15 modulator elektro-optik yang tersedia dari Cleveland
Kristal , Conoptics , II - VI , JDS Uniphase , Meadowlark
optik , New Focus , dan Teknologi Quantum , antara lain.
Modulator acousto - optik yang beroperasi dengan efek difraksi
yang disebabkan oleh gelombang - diproduksi variasi kepadatan
periodik suara dalam kristal juga available.126 , 127 Bahan
yang paling banyak digunakan untuk perangkat ini LiNbO3 , TeO2
, dan leburan kuarsa . Dalam operasi mereka dengan frekuensi
radio ( rf ) gelombang suara didorong melalui bahan dari
transduser piezoelektrik , biasanya dibuat dari LiNbO3 atau
ZnO . Sebuah diagram skematik bagaimana seperti sebuah
modulator karya acousto - optik diberikan pada Gambar 4.147 .
Cahaya insiden yang membuat sudut hb tepat, dengan muka
gelombang suara akan difraksi jika simultan memenuhi kondisi
untuk interferensi konstruktif dan refleksi dari muka
gelombang suara . Kondisi ini adalah dosa hb = k / ks , di
mana k adalah panjang gelombang laser bahan acousto - optik ,
dan ks adalah panjang gelombang suara . Perangkat ini
digunakan sebagai modulator amplitudo dengan amplitudo -
modulasi rf masukan , yang akan ditetapkan ke frekuensi
optimal khusus untuk perangkat yang digunakan . Peningkatan
kekuatan drive meningkatkan daya I1 difraksi dan mengurangi
kekuatan yang undeviated balok I0 dan sebaliknya . Perangkat
ini juga berfungsi sebagai shifter frekuensi .
Dalam Gambar 4,147 sinar laser memantul gelombang suara
bergerak dan Doppler bergeser sehingga sinar I1 adalah pada
frekuensi x þ xs , di mana xs adalah frekuensi gelombang suara
. Perangkat acousto - optik yang tersedia dari berbagai
pemasok , termasuk Teknologi Kristal , Electro - Optical
Produk , IntraAction , Isomet , dan Neos Technologies. Rincian
lebih lanjut tentang perangkat ini dapat ditemukan dalam
Referensi 15 , 126 , dan 127 . Sangat banyak cairan menjadi
optik aktif pada aplikasi dari medan listrik , yaitu , mereka
memutar bidang polarisasi dari sinar terpolarisasi linier
melewati mereka . Fenomena ini merupakan dasar dari sel Kerr ,
yang dapat digunakan sebagai modulator , tetapi lebih umum
digunakan sebagai rana optik ( misalnya , di Laser Q -
berpindah aplikasi seperti dibahas dalam Bagian 4.6.3 ) .
Sebuah sel Kerr biasa menggunakan nitrobenzena ditempatkan di
antara dua elektroda pesawat melintasi tegangan tinggi yang
diterapkan . Tegangan ini biasanya beberapa kilovolt dan cukup
untuk memutar bidang polarisasi cahaya insiden melewati antara
pelat sebesar 45 atau 90 derajat . Sel Kerr jarang digunakan
hari ini dan telah digantikan oleh modulator elektro - optik .
Terkait erat dengan modulator optik deflektor optik , yang
dapat digunakan untuk ruang pemindaian atau switching berkas
cahaya . Dua jenis utama yang umum digunakan : perangkat
elektromekanis yang menggunakan cermin kecil yang dipasang
pada suspensi galvanometer ( tersedia dari Cambridge Teknologi
, GSI Lumonics , dan Neos Technologies) dan balok deflektor
yang memanfaatkan efek acousto - optik . Di kedua sudut
defleksi yang ditunjukkan pada Gambar 4,147 dikendalikan
dengan mengubah rf mendorong frekuensi . Alat ini tersedia
dari Crystal Technology , IntraAction , Isomet , dan Neos
Technologies. Scanner Electrooptic juga tersedia , tetapi
kurang banyak digunakan . Perangkat ini umumnya dirancang
untuk defleksi kecil . Mereka tersedia dari Conoptics .
Modulator cahaya spasial beberapa perangkat elemen , yang pada
umumnya menggunakan kristal cair , bekerja dalam transmisi,
dan dapat memodifikasi karakteristik seluruh wavefront secara
pixellated . Mereka tersedia dari Tampilan Tech dan Meadowlark
Optik .
4.6.7 Cara Kerja Aman dengan Sumber Cahaya
Sumber cahaya, apakah koheren atau koheren, dapat
menyajikan beberapa potensi bahaya keamanan di laboratorium.
Bahaya utama yang terkait dengan penggunaan sumber optik rumah
dibangun biasanya power supply mereka. Laser dan flashlamps
khususnya, umumnya beroperasi dengan tegangan tinggi
berpotensi mematikan, dan pertimbangan keamanan biasa untuk
membangun dan mengoperasikan pasokan listrik tersebut harus
diikuti dalam desain mereka:
(1) Menyediakan koneksi tanah yang baik untuk catu daya
dan sumber cahaya perumahan.
(2) menyaring semua daerah di mana tegangan tinggi yang
hadir.
(3) Instal indikator yang dapat dilihat dengan jelas yang
menunjukkan saat listrik diaktifkan.
(4) pasokan listrik HV, terutama mereka yang beroperasi
dengan daya berdenyut, bisa tetap berbahaya bahkan setelah
power dimatikan, kecuali kapasitor penyimpanan energi secara
otomatis didorong ke tanah. Selalu singkat kapasitor dalam
unit tersebut ke tanah setelah catu daya dimatikan sebelum
bekerja pada unit.
(5) Sebagai aturan praktis, menjaga kesenjangan sekitar
25 mm untuk setiap 10 kV antara titik tegangan tinggi dan
tanah.
(6) Untuk menghindari korona yang berlebihan pada
tegangan di atas sekitar 20 kV, pastikan bahwa komponen
tegangan tinggi dan koneksi tidak memiliki tepi tajam. Dimana
poin tersebut harus terkena, korona dapat dikurangi dengan
memasang logam bulat korona tutup pada item terkena seperti
baut atau terminal kapasitor. Resistor dan dioda tumpukan
dapat pot di epoxy atau karet silikon untuk mencegah korona.
(7) Sumber yang didukung induktif atau kapasitif dengan
rf atau kekuasaan microwave dapat membakar jari-jari yang
datang terlalu dekat ke sumber listrik, bahkan tanpa melakukan
kontak.
Optik sumber komersial umumnya cukup aman elektrik dan
kemungkinan akan dilengkapi dengan fitur keselamatan, seperti
interlock, yang pencoba mungkin tidak repot-repot untuk
memasukkan ke dalam peralatan home-built. Caveat emptor. Ingat
pepatah'' itu adalah volt bahwa sengatan tetapi pabrik yang
membunuh'' pencegahan umum lainnya berkaitan dengan sengatan
listrik meliputi.:
(1) Hindari memakai benda-benda logam seperti jam tangan,
watchbands, dan cincin.
(2) Jika setiap operasi harus dilakukan di sirkuit line,
memakai sepatu dengan baik-terisolasi dan, jika memungkinkan,
gunakan hanya satu tangan -.'' Selalu menjaga satu tangan di
saku Anda''
(3) Jauhkan tangan kering, tidak menangani peralatan
listrik jika Anda berkeringat.
(4) Belajar penyelamatan dan resusitasi prosedur bagi
korban sengatan listrik: Matikan peralatan, pindahkan korban
dengan menggunakan bahan terisolasi, jika korban tidak
bernapas, mulailah mulut ke mulut resusitasi, jika tidak ada
pulsa, mulai CPR prosedur segera, memanggil bantuan medis,
melanjutkan prosedur resusitasi sampai lega oleh dokter. Jika
korban sadar, tapi terus menunjukkan gejala syok, menjaga
orang yang hangat. Selalu meminta bantuan profesional. (Dial
911 di Amerika Serikat.) Bahaya lain dalam penggunaan sumber
cahaya termasuk kemungkinan kerusakan mata, pembakaran
langsung (terutama, oleh paparan sinar dari laser-rata daya
tinggi), dan produksi asap beracun. Yang terakhir adalah yang
paling penting dalam penggunaan CW lampu busur daya tinggi,
yang dapat menghasilkan sejumlah besar ozon. Lampu perumahan
harus sesuai berventilasi dan ozon dibuang ke lemari asam atau
ke udara terbuka. Beberapa laser beroperasi menggunakan
pasokan gas beracun, seperti hidrogen fluorida dan halogen.
Pekerja sistem operasi tersebut harus cukup berpengalaman
untuk bekerja secara aman dengan bahan-bahan tersebut. The
Matheson Gas Data Book, diterbitkan oleh Matheson Gas
Products, adalah panduan komprehensif untuk gas laboratorium,
merinci potensi bahaya dan metode penanganan yang tepat untuk
masing-masing. Potensi bahaya mata disajikan oleh sebagian
besar sumber koheren tidak besar. Jika sumber muncul sangat
terang, orang tidak harus melihat itu, hanya sebagai salah
satu tidak harus melihat langsung pada Matahari. Jangan
melihat sumber yang memancarkan radiasi ultraviolet yang
substansial; setidaknya, iritasi mata parah akan mengakibatkan
- membayangkan memiliki mata penuh partikel pasir selama
beberapa hari! Paparan jangka panjang terhadap radiasi UV
harus disimpan di bawah 0,5 lW/cm2. Kacamata biasa akan
melindungi mata dari paparan ultraviolet sampai batas
tertentu, tetapi kacamata plastik yang membungkus di sekitar
sisi yang lebih baik. Plastik berwarna atau kaca memberikan
perlindungan yang lebih baik dari materi yang jelas.
Spesifikasi pabrik transmisi ultraviolet harus diperiksa,
karena radiasi di bawah 320 nm harus dikeluarkan dari kornea.
Penggunaan laser di laboratorium menyajikan bahaya optik
urutan yang berbeda. Karena sinar laser umumnya sangat
collimated dan setidaknya sebagian koheren, kalau sinar dari
laser terlihat atau dekat-inframerah memasuki pupil mata akan
difokuskan ke tempat yang sangat kecil pada retina (kecuali
pengamat sangat pendek berpandangan). Jika tempat ini
difokuskan kebetulan pada saraf optik, kebutaan total dapat
menyebabkan: jika jatuh di tempat lain pada retina, tempat
ekstra buta dapat dihasilkan. Meskipun gerakan konstan dari
mata manusia cenderung untuk mencegah tempat terfokus dari
sisa pada titik tertentu pada retina untuk waktu yang lama,
selalu mematuhi aturan universal berikut: Jangan melihat ke
bawah setiap sinar laser baik secara langsung atau dengan
refleksi specular. Dalam prakteknya, sinar laser di bawah 1 mW
CWare mungkin tidak bahaya mata, tetapi mereka tetap harus
diperlakukan dengan hormat. Balok harus berada di bawah
sekitar 10 lw sebelum sebagian besar pekerja akan
menganggapnya sebagai benar-benar aman. Tingkat paparan aman
untuk CW radiasi laser yang tergantung pada waktu pemaparan.
Untuk laser berdenyut, bagaimanapun, itu adalah energi
maksimum yang dapat masuk ke mata tanpa menyebabkan kerusakan
yang merupakan parameter penting. Di wilayah spektral antara
380 dan 1,5 lm, dimana bahan bagian dalam mata yang
transparan, dosis aman maksimum adalah pada urutan 10-7 J/cm2
untuk Q-switched laser dan sekitar 10-6 J/cm2 untuk non -Q-
switched laser. Jika ada potensi eksposur mata untuk sinar
laser atau refleksi langsung atau difus yang ada, disarankan
untuk melakukan percobaan di laboratorium terang: di
laboratorium gelap, mata manusia sepenuhnya darkadapted dengan
luas murid dari sekitar 0,5 cm2
menyajikan target yang lebih besar untuk eksposur disengaja.
Laser Institute of America menerbitkan panduan yang
menunjukkan maksimum exposure diijinkan dalam hal kekuasaan
dan arah untuk berbagai laser wavelengths.128 sinar laser
inframerah melampaui sekitar 1,5 lm tidak bahaya retina,
karena mereka tidak akan menembus ke retina. Balok antara 1,5
dan 3 lm menembus interior mata untuk beberapa derajat. Karena
energi diserap secara terdistribusi di bagian dalam mata, 1,55
lm adalah salah satu yang paling aman panjang gelombang laser.
Laser melampaui 3 lm adalah bahaya terbakar, dan eksposur mata
harus dihindari untuk alasan ini. Laser CO2, misalnya, yang
beroperasi di wilayah 10 lm, kurang berbahaya daripada yang
setara intensitas argon-ion atau laser neodymium. Laser
Neodymium merupakan bahaya yang sangat parah: mereka banyak
digunakan, memancarkan kekuasaan sangat besar dan energi, dan
beroperasi di invisiblewavelength 1,06 lm. Panjang gelombang
ini dengan mudah menembus ke retina, dan pekerja ceroboh dapat
menderita kerusakan mata yang parah tanpa peringatan apapun.
Penggunaan kacamata pengaman sangat dianjurkan bila
menggunakan laser tersebut. Kacamata ini menyerap atau
mencerminkan 1,06 lm, tetapi memungkinkan transmisi normal
dalam setidaknya sebagian dari spektrum yang terlihat.
Kacamata keselamatan laser tersedia secara komersial dari
beberapa sumber, seperti Bolle ', Pengendalian Optik,
Glendale, Kentek, Lase-R Shield, Melles Griot, Newport, NOIR,
Thorlabs, dan UVEX. Pembeli biasanya harus menentukan
gelombang laser (s) yang kacamata yang akan digunakan.
Sayangnya, satu masalah dengan kacamata mencegah penggunaan
universal mereka. Karena kacamata mencegah gelombang laser
dari mencapai mata, mereka mencegah keselarasan sinar laser
terlihat melalui percobaan dengan pengamatan refleksi menyebar
balok dari komponen di sistem. Ketika prosedur tersebut harus
dilakukan, sebaiknya hati-hati dan operasi laser pada tingkat
daya praktis terendah selama keselarasan. Sering, lemah, anak
keselarasan laser dapat digunakan untuk memeriksa jalur
potensi sinar-daya tinggi sebelum ini dihidupkan - prosedur
sangat dianjurkan. Untuk inframerah sinar laser, kartu sensor
termal yang tersedia yang akan mengungkapkan lokasi dari sinar
laser inframerah termal diaktifkan melalui pendinginan
fluoresensi atau fluoresensi. Mereka tersedia dari Terapan
Scintillation Teknologi, Laser SOS, Macken Instrumen, Newport,
dan Surya TII. Beberapa kartu sensor atau pelat, terutama
untuk CO2 sinar lokasi laser, memerlukan pencahayaan dengan
Sumber UV. Dimana sinar laser inframerah menyerang permukaan
diterangi sebuah tempat gelap muncul. Digunakan Polaroid film
dan kertas duplikasi sensitif termal juga berguna untuk
pelacakan inframerah-beam. Sinar dari laser ultraviolet
umumnya dapat dilacak dengan kertas putih, yang berfluoresensi
mana balok pemogokan itu. Luka bakar potensial dan bahaya
kebakaran ada untuk laser dengan tingkat daya di atas sekitar
1 W/cm2, meskipun bahaya kebakaran akan tergantung pada
target. Kertas hitam membakar paling mudah. Balok sangat
intens dapat dengan aman dibuang ke potongan batu bata tahan
api. Laser berdenyut akan terbakar pada output energi di atas
sekitar 1 J/cm2. Di Amerika Serikat, laser komersial
ditugaskan rating oleh FDA Pusat untuk Perangkat dan Radiologi
Kesehatan, yang mengidentifikasi jenis mereka, rentang output
daya, dan potensi bahaya. Harus ditekankan, bagaimanapun,
bahwa laser yang mudah digunakan dengan aman: kecelakaan
apapun telah langka. Penggunaannya meningkat di laboratorium
mensyaratkan bahwa pekerja dengan baik-informasi mengenai
praktek-praktek keselamatan standar. Untuk diskusi lebih
lanjut ini dan semua aspek keselamatan laser dan topik
terkait, kami sarankan baik buku oleh Sliney dan Wolbarsht129
dan serangkaian artikel tentang keamanan laser dalam CRC
Handbook of Laser Sains dan Teknologi, Vol. 1.130...
4.7 Instrumen Optik Pendispersi
Instrumen penyebaran optik memungkinkan analisis spektral
radiasi optik atau ekstraksi radiasi di kisaran sempit
spektral dari beberapa daerah spektral yang lebih luas . Dalam
kategori umum ini kami menyertakan filter gangguan, prisma dan
kisi monochromators , spektrograf dan spektrofotometer , dan
interferometer . Interferometer memiliki kegunaan tambahan
atas dan di atas analisis spektral langsung - termasuk studi
dari variasi fase melalui muka gelombang optik , yang
memungkinkan kualitas optik komponen optik yang akan diukur .
Spektrometer , atau monochromators karena mereka umumnya
disebut, adalah filter optik merdu panjang gelombang pusat dan
bandwidth . Output sempit -band radiasi dari perangkat ini
umumnya terdeteksi oleh detektor foton atau termal , yang
menghasilkan output sinyal listrik . Spektrograf , di sisi
lain , merekam isi spektral seluruh wilayah suatu bandwidth
yang diperpanjang baik fotografi , atau lebih umum hari ini
dengan luas detektor linier . Spektrofotometer yang melengkapi
instrumen komersial , yang umumnya menggabungkan sumber atau
sumber , sistem pendispersi ( yang mungkin melibatkan prisma
dipertukarkan dan / atau kisi-kisi ) , dan detektor . Mereka
dirancang untuk merekam ultraviolet, tampak , atau inframerah
penyerapan dan spektrum emisi .
Spectrofluometers adalah instrumen untuk merekam spektrum
fluoresensi . Dalam aplikasi tersebut dua mode utama
penggunaan spektrum ada. Emisi spektrum fluoresensi adalah
distribusi spektral emisi yang dihasilkan oleh eksitasi
monokromatik tertentu panjang gelombang . Spektrum eksitasi
adalah total emisi fluoresensi tercatat sebagai panjang
gelombang dari sumber eksitasi dipindai .
Sebelum memberikan diskusi tentang pertimbangan desain
yang penting dalam pembangunan berbagai spektrometer dan
interferometer , adalah berguna menyebutkan dua tokoh penting
jasa yang memungkinkan evaluasi dan perbandingan kinerja
berbagai jenis instrumen optik menyebar . Yang pertama adalah
menyelesaikan daya , ,yang telah dibahas dalam
kaitannya dengan kisi-kisi difraksi ( Bagian 4.3.5 ) . Yang
kedua adalah luminositas , yang merupakan fluks dikumpulkan
oleh detektor pada output dari spektrometer ketika sumber di
input memiliki pancaran kesatuan . Keterkaitan antara
menyelesaikan kekuasaan dan luminositas untuk spektrometer
menggunakan prisma , kisi-kisi , dan Fabry - Perot etalons
telah ditangani secara rinci oleh Jacquinot.131 Prism
spektrometer telah hampir menghilang dari penggunaan dalam
beberapa tahun terakhir , namun, karena mode sederhana operasi
mereka mereka berfungsi sebagai pola dasar dalam membahas
kinerja spektrometer . Gambar 4,148 , yang menunjukkan
komponen-komponen penting dari sebuah monokromator prisma ,
akan berfungsi untuk mengilustrasikan poin yang dibuat di
sini. Resolusi tinggi jelas diperoleh dalam pengaturan ini
dengan menggunakan pintu masuk yang sempit dan celah keluar .
Throughput cahaya maksimum dari hasil spektrometer ketika
lebar sudut masing W1 , W2 dari input dan output celah θ1 , θ2
memuaskan :
Sudut yang sama seperti yang digunakan pada Gambar 4.47 .
Input dan output dispersi yang hanya sama dalam
posisi deviasi minimum , atau dengan prisma ( atau kisi )
digunakan dalam susunan Littrow . Jika difraksi pada celah
diabaikan , distribusi intensitas pada celah output ketika
input monokromatik yang digunakan adalah fungsi segitiga ,
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4,149 , dimana W adalah
lebar spektral celah yang diberikan oleh :
dimana S adalah daerah normal dari balok output , T adalah
transmitansi dari prisma ( atau efisiensi kisi-kisi dalam
urutan yang digunakan ) pada panjang gelombang sedang
dipertimbangkan , l adalah ketinggian pintu masuk dan celah
keluar (sama ) , dan adalah cahaya dari sumber
monokromatik dengan panjang gelombang λ menerangi celah
masuk . adalah sudut yang solid bahwa celah keluar
subtends pada output fokus lensa . Persamaan ( 4,239 ) dapat
ditulis sebagai :
yang jelas menunjukkan bahwa fluks output berbanding terbalik
dengan kekuatan menyelesaikan [ untuk sumber terus-menerus
pada celah masuk , Persamaan ( 4.240 ) dikalikan dengan faktor
tambahan . Efisiensi T dari monokromator didefinisikan
oleh persamaan :
Untuk mengumpulkan semua cahaya dari optik collimating dalam
penyusunan Gambar 4,148, prisma atau kisi harus memiliki area
yang normal setidaknya sama besar dengan aperture dari optik
collimating . Dengan demikian , ketinggian prisma ( atau kisi
difraksi ) harus h> W. Perbandingan f/W , yang merupakan
ukuran dari kekuatan cahaya - pengumpulan monokromator ,
mendefinisikan f/number nya. Cara yang paling efisien untuk
menggunakan spektrometer dalam bentuk apapun adalah untuk
mengirim input radiasi ke dalam celah masuk dalam kerucut
sudut didefinisikan oleh f /number . Resolusi maksimum
diperoleh jika input f / number sesuai dengan spektrometer
f /number. Jika radiasi memasuki spektrometer dengan f / angka
yang terlalu kecil , radiasi ini overfills unsur pendispersi
dan beberapa yang terbuang . Hal ini dapat diilustrasikan
dengan bantuan Gambar 4.150 , yang menunjukkan penggunaan
sumber titik langsung di celah masuk .
Pada Gambar 4.150 ( b ) sumber titik dicitrakan pada celah
masuk menggunakan lensa yang cocok dengan radiasi masukan ke f
/ jumlah spektrometer . Pada Gambar 4.150 ( a) pengumpulan
cahaya yang berguna pecahan dari sumber adalah
Dengan demikian , pengumpulan cahaya sama efisien dengan yang
akan diperoleh dengan sumber titik pada hasil celah masuk jika
:
Lebih efisien hasil pengumpulan cahaya jika F’ kurang dari
nilai ini, tetapi , jika lensa dan sumber titik yang tidak
benar diposisikan sehingga v/d < F , maka tidak semua cahaya
yang dikumpulkan oleh lensa mencapai unsur penyebaran
spektrometer . Hal ini sangat umum untuk spektrometer untuk
digunakan dengan optik sistem lampu - pengiriman serat . Jika
NA serat yang terlalu besar dan serat optik ditempatkan di
pintu masuk spektrometer , maka pengisian berlebihan dari
elemen pendispersi akan terjadi . Dalam hal ini optik koreksi
harus disertakan untuk mencocokkan serat ke f / jumlah
spektrometer.
4.7.1 Perbandingan Prism dan Kisi Spektrometer
Setelah Jacquinot, 131 kita menggunakan Persamaan (4.240)
untuk membandingkan prisma dan kisi instrumen. Asumsikan nilai
identik l dan f2, karena, untuk tingkat tertentu penyimpangan
sistem, nilai-nilai mereka identik untuk prisma dan kisi-kisi.
Efisiensi berkobar-kisi bisa tinggi, sehingga T diasumsikan
sama untuk prisma dan kisi-kisi. Dengan demikian, perbandingan
luminositas dalam kondisi operasi tertentu panjang gelombang
dan resolusi semata-mata tergantung pada kuantitas untuk
sebuah prisma dan untukk kisi-kisi.
di mana, untuk dispersi maksimum, seluruh wajah prisma
menyala, sehingga t adalah lebar dasar prisma. S = hW dan th =
A, daerah basis prisma, dan sebagainya:
Rasio ini dapat ditingkatkan dengan faktor dua jika prisma
juga digunakan dalam Littrow . Untuk nilai khas 30 derjat
untuk b ,
Persamaan ( 4,251 ) memprediksi bahwa kisi-kisi selalu unggul
instrumen prisma . Kecuali untuk beberapa bahan di daerah
terbatas panjang gelombang di mana dn / dk menjadi besar dan q
bisa mencapai 0,2-0,3 , kisi-kisi lebih bercahaya dari prisma
dengan faktor 10 atau lebih . Satu-satunya potensi keuntungan
dari instrumen prisma atas kisi adalah adanya perintah yang
tumpang tindih . Sebuah instrumen kisi diterangi bersamaan
dengan 300 dan 600 nm , misalnya, akan mengirimkan keduanya
pada posisi sudut yang sama, instrumen prisma tidak akan.
Masalah kecil ini mudah diselesaikan dengan warna order-
pemilahan yang tepat atau filter gangguan. Jacquinot131 telah
menunjukkan bahwa Fabry - Perot etalon atau interferometer
( lihat Bagian 4.7.4 ) yang digunakan pada daya tinggi atau
sedang menyelesaikan lebih unggul dalam luminositas untuk
instrumen kisi dengan faktor yang dapat berkisar 30-400 atau
lebih . Secara umum, etalon tidak dapat digunakan sendiri ,
karena potensi yang banyak pesanan tumpang tindih . Hal ini
biasa untuk pasangan dengan kisi-kisi atau prisma monokromator
dalam aplikasi spektroskopi resolusi tinggi , kecuali dalam
kasus-kasus di mana sumber sudah sangat monokromatik . Tabel
4.9 memberikan perbandingan karakteristik kinerja prisma dan
kisi monochromators dan interferometer Fabry - Perot . Dari
ultraviolet vakum ( instrumen prisma tidak dapat digunakan di
bawah sekitar 1200A ° ) dengan infra merah jauh, instrumen
kisi jauh lebih unggul untuk instrumen prisma dibandingkan
ukuran baik dalam kekuatan menyelesaikan dan luminositas .
Dalam beberapa tahun terakhir , keuntungan dari instrumen kisi
atas instrumen prisma telah hampir dieliminasi kedua. Hal ini
terutama disebabkan karena peningkatan dalam fabrikasi kisi .
Grating pesawat Holographic memiliki lebih sedikit dan lebih
lemah daripada hantu kisi-kisi logam, dan kisi-kisi melengkung
hologram telah memungkinkan pengurangan kelainan pada
spektrometer . Terlepas dari ketidaknyamanan kecil potensial
perintah tumpang tindih , instrumen kisi hampir selalu akan
lebih disukai daripada instrumen prisma . Ada satu
pengecualian perlu diperhatikan : ketika monokromator sedang
digunakan untuk mengamati beberapa emisi optik lemah di
hadapan simultan sinar laser yang kuat , kecuali emisi optik
terlalu dekat pada panjang gelombang dengan laser untuk
resolusi prisma akan cukup . Dalam aplikasi ini , prisma
menghindari masalah emisi hantu atau hamburan kisi . Sebuah
prisma yang baik memiliki cahaya tersebar sangat rendah . Hal
ini umum untuk predisperse sinar dengan prisma sebelum
mengirim berkas ke dalam celah masuk dari monokromator , untuk
menghindari kedua masalah tumpang tindih -order dan sinyal
palsu dari sinyal cahaya yang sangat kuat pada panjang
gelombang lain. Interferometer Fabry - Perot memiliki resolusi
sangat tinggi dan luminositas , tetapi memerlukan penyesuaian
-hati dan teratur untuk mempertahankan kinerja tinggi . Mereka
hanya digunakan di mana resolusi sangat tinggi sangat
penting , sering dalam hubungannya dengan monokromator kisi
untuk pre - isolasi wilayah spektral sempit . Titik akhir
untuk dicatat sehubungan dengan penggunaan spektrometer kisi :
instrumen ini polarisasi sensitif . Jika cahaya terpolarisasi
pemogokan kisi , lampu terdifraksi akan terpolarisasi parsial
karena efisiensi kisi - panjang gelombang , dan S dan P
polarisasi tergantung .
Recommended