solar laser systems solar laser systems
EN RU

SC125

Высокочувствительный компактный спектрометр
Высокочувствительный компактный спектрометр SC125
Особенности продукта

Компактный высокочувствительный флуоресцентный спектрометр SC125 разработан специально для применений, предполагающих работу со слабыми сигналами – рамановское рассеяние, флуоресценция и др., в особенности для задач, требующих высокой чувствительности в УФ-диапазоне спектра. Повышение чувствительности достигается в приборе за счет использования современных матричных back-illuminated (back-thinned) детекторов серий S10420 и S7030.

  • АКТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ НА БАЗЕ ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ МАТРИЧНЫХ ДЕТЕКТОРОВ
  • УСИЛЕННАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ В УФ ОБЛАСТИ СПЕКТРА
  • МОНОЛИТНЫЙ КОРПУС ОБЕСПЕЧИВАЕТ СТАБИЛЬНОСТЬ ПАРАМЕТРОВ
  • СВЕТОВЫЕ «ЛОВУШКИ» В КОРПУСЕ СНИЖАЮТ РАССЕЯННЫЙ СВЕТ
  • ВЫБОР ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ, СПЕКТРАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА И РАЗРЕШЕНИЯ ПРИ ЗАКАЗЕ ПРИБОРА
SC125
ОПИСАНИЕ ПРОДУКТА

Cветосильная оптическая схема флуоресцентного спектрометра SC125 не содержит движущихся элементов и имеет минимум отражающих поверхностей. Корпус флуоресцентного спектрометраSC125 является монолитным и обеспечивает долговременную стабильность параметров. В корпусе выполнены ребра — световые ловушки, позволяющие снизить рассеянный свет, который обычно является проблемой компактных короткофокусных приборов.

В качестве детектора флуоресцентного спектрометра SC125 может содержать одну из двух неохлаждаемых CCD-матриц Hamamatsu с освещением с обратной стороны подложки без секции хранения заряда (back-thinned FFT CCD), работающих в режиме суммирования строк. Обе матрицы имеют широкий спектральный диапазон и превосходную чувствительность в УФ области спектра (см. ниже кривые спектральной чувствительности детекторов и Спецификацию). Различие между 2-мя матрицами — в квантовой эффективности, в скорости чтения данных, в величине динамического диапазона, а также в размере пикселя и размере светочувствительной зоны.

CCD детектор S10420-1106 имеет антиблюминг и, благодаря большому числу узких пикселей, обеспечивает лучшее спектральное разрешение, чем детектор S7030-1006. Детектор на базе CCD матрицы S7030-1006 имеет лучшую чувствительность (см. ниже графики чувствительности), меньший шум, лучше динамический диапазон и равномерность чувствительности. Версия IMAGING (Опция) предполагает установку в спектрометре компенсатора астигматизма — цилиндрической линзы, которая служит для повышения общей чувствительности системы.

Спектральная кривая чувствительности детектора back-thinned CCD модели S10420-1106

Спектральная кривая чувствительности детектора back-thinned FFT-CCD модели S7030-1006 в сравнении с front-illuminated CCD c УФ-покрытием и без него

спецификация
Скачать спецификацию
Спектральный диапазон, нм 200–1100
Фокусное расстояние, мм 125
Относительное отверстие 1 : 3,9
Входная щель (одна из ряда) фиксированной ширины: 14мкм, 30мкм и 50 мкм
Спектральное разрешение зависит от выбранной дифракционной решетки (см. ниже таблицу «Рекомендации по выбору дифракционной решетки»)
Модель ПЗС-детектора S10420-1106 S7030-1006
Количество пикселей 2068 x 70 1024 x 64
Количество активных пикселей 2048 x 64 1024 x 58
Размер пикселя, мкм 14 x 14 24 x 24
Размер светочувствительной зоны, мм 28,672 x 0,896 24,6 x 1,4
Максимум спектральной чувствительности, нм 500 650
Квантовая эффективность в максимуме >75 % >90 %
Неравномерность чувствительности 1) ±10 % ±3 %
Антиблюминг 2) есть нет
АЦП 16 бит, 250кГц 16 бит, 125кГц
Среднеквадратичный шум чтения, отсчетов АЦП < 12 < 7
Динамический диапазон ~ 8000 : 1 ~15 000 : 1
Время экспозиции 8,3мс — 3с 3) 8,2мс — 2с 3)
Время обработки кадра в режиме суммирования строк, мсек 9,39 9,12
Термоэлектрическое охлаждение нет
Рабочая температура, °С 10–30
Интерфейс связи с компьютером Full Speed USB
Синхронизация IN/OUT
Оптический вход Волокно оптическое кварцевое диам.0,6мм (опция 0,4мм), длина 1м, разъем SMA-905
Размеры, мм 158 x 182 x 74
Вес, кг 2,2
МОДЕЛЬ СПЕКТРОМЕТРА SC125- S10420 SC125- S7030

 

1) Уровень сигнала — 50% от насыщения.

2) Антиблюминг – свойство датчика, исключающее перетекание зарядов из пересвеченных пикселей в соседние.

3) Максимальным временем накопления считается время, при котором темновой сигнал составляет 10% динамического диапазона при температуре окружающей среды +25°С.

 

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ

При размещении заказа Вам нужно выбрать число штрихов дифракционной решетки (т.е. спектральное разрешение), а также спектральный диапазон работы Вашего прибора. Для Вашего удобства ниже приведена таблица средних значений дисперсии решеток, спектрального разрешения и интервала одновременной регистрации ПЗС-детектора.

Дифракционные решетки, штрмм 1800 1200 900 600 400 300 200
— возможный спектральный диапазон работы решетки, нм 180-600 180-900 180-1100 180-1100 190-1100 200-1100 200-1100
— интервал одновременной регистрации ПЗС-детектора (средн.значение), нм 1) 1052)

923)

1702)

145 3

2302)

200 3)

3502)

3003)

5402)

4603)

7202)

6203)

10002)

9203)

— обратная линейная дисперсия (средн.значение), нм/мм 1) 3,8 6,0 8,2 12,5 19,0 25,4 38,0
— спектральное разрешение (средн.значение), нм 0,162)

0,223)

0,252)

0,363)

0,342)

0,53)

0,52)

0,753)

0,82)

1,13)

1,02)

1,53)

1,62)

2,33)

1) Для длины волны 300нм.

2) Для модели SC125-S10420.

3) Для модели SC125-S7030.

 

ПРИМЕР: Допустим, Вас интересует решетка 1200штр/мм и детектор S10420-1106 (среднее спектральное разрешение 0,25нм), Вам остается выбрать местоположение интервала одновременной регистрации 170нм в пределах возможного спектрального диапазона решетки 180-900нм. Например: спектрометр SC125-S10420, работающий в диапазоне 250-420нм с разрешением 0,25нм.

Указанные в таблице величины рассчитаны для длины волны 300нм. С увеличением длины волны диапазон одновременной регистрации конкретной решетки немного уменьшается, а разрешение, соответственно, улучшается. Обратитесь к специалисту СОЛАР ЛС для более точного расчета параметров Вашего прибора.

ОПЦИИ И АКСЕССУАРЫ

По Вашему желанию спектрометр SC125 может быть снабжен опцией калибровки спектральной чувствительности.

 

КАЛИБРОВКА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

Спектральные диапазоны калибровки:

  • Cal-UV: в пределах 220-400нм.
  • Cal-VIS: в пределах 300-1050нм.

Для калибровки используются сертифицированные источники излучения (дейтериевая лампа для области спектра 220-400нм и галогенная лампа для 300-1050нм). Калибровка осуществляется с использованием волоконного ввода и действительна в течение 1 года при условии, что оптическое волокно не отсоединяется от спектрометра. Точность калибровки составляет +/-10%.

 

КАКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДАЕТ КАЛИБРОВКА СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

Если раньше на истинный спектр Вашего источника при измерениях накладывались спектральные кривые дифракционной эффективности решетки, чувствительности детектора, коэффициента отражения зеркал, то теперь у Вас есть возможность восстановить истинные спектры исследуемого излучения. Вы будете иметь возможность:

  • регистрировать неискаженные спектры излучения,
  • математически разлагать сложные линии спектра на составляющие компоненты *,
  • определять цветовые координаты и индекс цветопередачи источников излучения*,
  • определять плотность мощности излучения в ультрафиолетовых диапазонах A, B, и C*,
  • в абсолютных единицах определять поверхностную плотность спектральной плотности мощности излучения или освещенности для видимой области спектра*.

* возможности, отмеченные звездочкой, не заложены в программное обеспечение спектрометра, а реализуются за счет экспорта во внешние программы.

 

КАК РАБОТАЕТ КАЛИБРОВКА СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

На рис.1 приведены спектры, зарегистрированные спектрометрами SC125 с CCD детекторами TCD1304 Toshiba (14 бит) и S10420-1106 Hamamatsu (16 бит), а также исходный спектр излучения дейтериевой калибровочной лампы в спектральном диапазоне 220-400нм. Из рисунка видно, что, при прочих равных условиях, детектор S10420-1106 показывает большую интенсивность, чем TCD1304, и отсутствие модуляций интенсивности, способных внести дополнительные искажения в калибровку чувствительности. Кроме того, детектор S10420-1106 имеет более широкий динамический диапазон (за счет использования АЦП большей разрядности и за счет низких шумов).

Спектр излучения калибровочной лампы (черный) и ее спектры при регистрации спектрометром SC125 с детекторами TCD1304 синий и S10420-1106 красный

Рис. 1. Спектр излучения калибровочной лампы (черный) и ее спектры при регистрации спектрометром SC125 с детекторами TCD1304 (синий) и S10420-1106 (красный)

спектр калибровочного коэффициента спектрометра SC125-S10420

Рис. 2. Спектр калибровочного коэффициента спектрометра SC125-S10420

На рис.2 представлена спектральная зависимость коэффициента калибровки спектральной чувствительности спектрометра SC125-S10420 в диапазоне 220-400нм. Увеличение калибровочного коэффициента с уменьшением длины волны обусловлено уменьшением чувствительности детектора и коэффициента отражения зеркал, а также увеличением энергии фотона. Умножив зарегистрированный при измерениях спектр Вашего источника на спектр калибровочного коэффициента (производится автоматически программным обеспечением), Вы получите истинный неискаженный спектр.

Зависимость сигнала, зарегистрированного спектрометром SC125-S10420, от интенсивности сигнала калибровочного источника (рис.3) демонстрирует замечательную линейность детектора S10420 (в отличие от TCD1304, который показывает значительные нелинейности на краях своего динамического диапазона, т.е. при высоких и низких значениях сигнала). Хорошая линейность детектора дает возможность откалибровать чувствительность спектрометра для одного времени экспозиции, а затем использовать эту калибровку для других времен экспозиций.

зависимость коэффициента калибровки спектральной чувствительности спектрометра SC125-S10420 от времени экспозиции

Рис. 3. Зависимость коэффициента калибровки спектральной чувствительности спектрометра SC125-S10420 от времени экспозиции

Детектор на базе матрицы S7030-1006 Hamamatsu имеет преимущества, аналогичные детектору S10420-1106. В силу перечисленных свойств оба детектора рекомендуются нами для использования в спектральных приборах с калибровкой чувствительности.

Перспективы

С середины 2014 года планируется проведение калибровок чувствительности спектральных приборов в ультрафиолетовом и видимом диапазоне спектра с выдачей сертификата о калибровке, который будет признаваться на территории СНГ и Европы. Калибровка будет осуществляться на базе аккредитованной калибровочной лаборатории Института физики НАН Беларуси с привязкой к национальным эталонам Беларуси, России и Германии. Точность калибровки будет зависеть от выбранного спектрального диапазона.

Для сертифицированных спектральных приборов ввод излучения в спектральный прибор будет осуществляться через оптическую интегрирующую сферу (схема показана на рис.4), что является наиболее правильным подходом с точки зрения минимизации ошибок измерений. Необходимо отметить, что при этом чувствительность спектрального прибора значительно понижается (в 102-104 раз).

схема сертифицированного спектрометра с калибровкой спектральной чувствительности

Рис. 4. Схема сертифицированного спектрометра с калибровкой спектральной чувствительности

Калькулятор

диапазона и разрешения

Дифракционная решётка Выбор решётки с большим количеством штрихов приведёт к лучшему разрешению и более узкому одновременно регистрируемому интервалу. Блеск решётки влияет на её эффективность и согласуется с производителем на этапе заказа спектрометра
Выберите тип детектора/ширину пиксела Выбор детектора влияет на спектральное разрешение спектрометра
Выберите ширину входной щели Выбор ширины входной щели влияет на спектральное разрешение спектрометра
Выберите местоположение интервала одновременной регистрации в пределах возможного спектрального диапазона дифракционной решетки. Передвигайте левый и правый ползунки для выбора стартовой или конечной длины волны (или передвигайте диапазон целиком) с помощью левой клавиши мыши. Положение рабочего диапазона ограничено типом выбранной дифракционной решётки.
Начальная длина волны
Конечная длина волны
Отправить запрос на Высокочувствительный компактный спектрометр SC125

* обязательное поле