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.
Cветосильная оптическая схема флуоресцентного спектрометра SC125 не содержит движущихся элементов и имеет минимум отражающих поверхностей. Корпус флуоресцентного спектрометра SC125 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
| МОДЕЛЬ СПЕКТРОМЕТРА | SC125- S10420 | SC125- S11510 | SC125- S7030 |
| Спектральный диапазон, нм | 200 — 1100 | ||
| Фокусное расстояние, мм | 125 | ||
| Относительное отверстие | 1 : 3,9 | ||
| Входная щель (одна из ряда) | Фиксированной ширины: 14 мкм, 30 мкм и 50 мкм | ||
| Спектральное разрешение | Зависит от выбранной дифракционной решётки (см. ниже таблицу «Рекомендации по выбору дифракционной решётки») | ||
| Модель ПЗС-детектора | S10420-1106 Hamamatsu |
S11510-1106 Hamamatsu |
S7030-1006 Hamamatsu |
| Количество пикселей | 2068 × 70 | 1024 × 64 | |
| Количество активных пикселей | 2048 × 64 | 1024 × 58 | |
| Размер пикселя, мкм | 14 × 14 | 24 × 24 | |
| Размер светочувствительной зоны, мм | 28,672 × 0,896 | 24,6 × 1,4 | |
| Максимум спектральной чувствительности, нм | 500 | 700 | 650 |
| Квантовая эффективность в максимуме | >75 | >90 | |
| Неравномерность чувствительности(1),% | ±3 | ±3 | |
| Анти-блюминг(2) | Да | Нет | |
| Разрядность АЦП | 16 бит, 250 кГц | 16 бит, 125 кГц | |
| Среднеквадратичный шум чтения, отсчётов АЦП | <4 | <2 | |
| Динамический диапазон в режиме суммирования строк | ~ 16000 : 1 | ~ 33 000 : 1 | |
| Время накопления | 8,3 мс — 5 с (3) | 8,2 мс — 2 с (3) | |
| Время считывания кадра в режиме суммирования строк, мс | 9,39 | 9,12 | |
| Термоэлектрическое охлаждение | Нет | ||
| Диапазон рабочих температур | 10 – 30 °С | ||
| Интерфейс связи с компьютером | Full Speed USB | ||
| Синхронизация | Внутренняя / внешняя | ||
| Оптический вход | — прямой вход через входную щель — Оптическое волокно: 0,6 (0,4)мм диаметр, 1м длина, SMA-905 разъём |
||
| Размеры, вес | 158 × 182 × 74 мм; 2,2 кг | ||
1) При уровне сигнала >= 50% границы динамического диапазона.
2) Анти-блюминг – 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
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.
По Вашему желанию спектрометр SC125 может быть снабжен опцией калибровки спектральной чувствительности.
Спектральные диапазоны калибровки:
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%.
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:
* возможности, отмеченные звездочкой, не заложены в программное обеспечение спектрометра, а реализуются за счет экспорта во внешние программы.
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).
Рис. 1. Спектр излучения калибровочной лампы (черный) и ее спектры при регистрации спектрометром SC125 с детекторами TCD1304 (синий) и S10420-1106 (красный)
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.
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).
Рис. 4. Схема сертифицированного спектрометра с калибровкой спектральной чувствительности
диапазона и разрешения
2002-2023 © Copyright SOLAR Laser Systems. Все права защищены
