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 .