記事 2: 光ファイバー分光計とは何ですか? 適切なスリットとファイバーはどのように選択すればよいですか?
光ファイバー分光計は現在、分光計の主要なクラスを代表しています。このカテゴリの分光計は、光ファイバー ジャンパーと呼ばれることが多い光ファイバー ケーブルを介した光信号の伝送を可能にし、スペクトル分析とシステム構成の柔軟性と利便性の向上を促進します。通常300mmから600mmの範囲の焦点距離を備え、走査格子を使用する従来の大型実験室用分光計とは対照的に、光ファイバー分光計は固定格子を使用しているため、回転モーターが不要です。これらの分光計の焦点距離は通常 200mm の範囲ですが、さらに短い 30mm または 50mm の場合もあります。これらの機器はサイズが非常にコンパクトで、一般に小型光ファイバー分光計と呼ばれます。
小型ファイバー分光計
小型光ファイバー分光計は、そのコンパクトさ、コスト効率、高速検出機能、および優れた柔軟性により、産業界でより人気があります。小型光ファイバー分光計は通常、スリット、凹面鏡、回折格子、CCD/CMOS 検出器、および関連する駆動回路で構成されます。USB ケーブルまたはシリアル ケーブルを介してホスト コンピューター (PC) ソフトウェアに接続して、スペクトル データの収集を完了します。
光ファイバー分光計の構造
光ファイバー分光計にはファイバーインターフェースアダプターが装備されており、光ファイバーに安全な接続を提供します。SMA-905 ファイバー インターフェイスはほとんどの光ファイバー分光計で使用されていますが、一部のアプリケーションでは FC/PC または直径 10 mm の円筒形マルチコア ファイバー インターフェイスなどの非標準のファイバー インターフェイスが必要です。
SMA905 ファイバー インターフェイス (黒)、FC/PC ファイバー インターフェイス (黄色)。FC/PC インターフェイスには位置決め用のスロットがあります。
光信号は、光ファイバーを通過した後、まず光スリットを通過します。小型分光計は通常、調整不可能なスリットを使用し、スリット幅は固定されています。一方、JINSP 光ファイバ分光器は、標準スリット幅 10μm、25μm、50μm、100μm、200μm の様々な仕様を用意しており、ユーザーの要件に応じてカスタマイズも可能です。
スリット幅の変化は一般に光束と光学解像度に影響を与える可能性があり、これら 2 つのパラメータはトレードオフの関係を示します。スリット幅を狭くすると、光束は減少しますが、光学解像度は高くなります。光束を増やすためにスリットを拡張することには制限があるか、非線形であることに注意することが重要です。同様に、スリットを小さくすると、達成できる解像度に制限が生じます。光束を優先するか、光学解像度を優先するかなど、ユーザーは実際の要件に応じて適切なスリットを評価して選択する必要があります。この点に関して、JINSP 光ファイバ分光計用に提供される技術文書には、スリット幅と対応する分解能レベルを関連付けた包括的な表が含まれており、ユーザーにとって貴重な参考資料として役立ちます。
狭い隙間
スリット解像度比較表
ユーザーは、分光計システムをセットアップする際に、分光計のスリット位置に信号を送受信するための適切な光ファイバーを選択する必要があります。光ファイバーを選択する際には、3 つの重要なパラメーターを考慮する必要があります。最初のパラメータはコアの直径で、5μm、50μm、105μm、200μm、400μm、600μm、さらには1mmを超える大きな直径など、さまざまな可能性があります。コア直径を大きくすると、光ファイバーのフロントエンドで受け取るエネルギーが増加する可能性があることに注意することが重要です。ただし、スリットの幅と CCD/CMOS 検出器の高さにより、分光計が受信できる光信号が制限されます。したがって、コア径を大きくしても感度が向上するとは限りません。ユーザーは実際のシステム構成に基づいて適切なコア直径を選択する必要があります。SR50C や SR75C などのモデルで、50μm スリット構成のリニア CMOS 検出器を使用する B&W Tek の分光計の場合、信号受信にはコア直径 200μm の光ファイバーを使用することが推奨されます。SR100B や SR100Z などのモデルの内部エリア CCD 検出器を備えた分光計の場合、信号受信用に 400μm または 600μm などのより太い光ファイバーを検討することが適切な場合があります。
異なる光ファイバー径
スリットに結合された光ファイバー信号
2つ目は、光ファイバーの使用波長範囲と材質です。光ファイバー材料には通常、High-OH (高ヒドロキシル)、Low-OH (低ヒドロキシル)、および耐紫外線ファイバーが含まれます。材料が異なれば、波長透過特性も異なります。高 OH 光ファイバーは通常、紫外/可視光範囲 (UV/VIS) で使用され、低 OH ファイバーは近赤外 (NIR) 範囲で使用されます。紫外線範囲については、特殊な耐紫外線性繊維を考慮する必要があります。ユーザーは、動作波長に基づいて適切な光ファイバーを選択する必要があります。
3つ目は光ファイバーの開口数(NA)値です。光ファイバーの放射原理により、ファイバー端から放射される光は、NA 値によって特徴付けられる特定の発散角範囲内に制限されます。マルチモード光ファイバーの一般的なオプションとして、NA 値は 0.1、0.22、0.39、および 0.5 です。最も一般的な 0.22 NA を例にとると、50 mm 後のファイバのスポット直径は約 22 mm、100 mm 後の直径は 44 mm になることを意味します。分光計を設計する際、メーカーは通常、最大のエネルギー受信を確保するために、光ファイバーの NA 値を可能な限り厳密に一致させることを考慮します。さらに、光ファイバーの NA 値は、ファイバーの前端でのレンズの結合に関係します。信号損失を避けるために、レンズの NA 値もファイバーの NA 値にできる限り一致させる必要があります。
光ファイバーのNA値は光ビームの発散角を決定します
光ファイバーをレンズまたは凹面鏡と組み合わせて使用する場合、エネルギー損失を避けるために NA 値をできるだけ一致させる必要があります。
光ファイバー分光計は、NA (開口数) 値によって決定される角度で光を受け取ります。入射光の NA が分光計の NA 以下であれば、入射信号は最大限に活用されます。エネルギー損失は、入射光の NA が分光計の NA よりも大きい場合に発生します。光ファイバー伝送に加えて、自由空間光結合を使用して光信号を収集することもできます。これには、レンズを使用して平行光をスリットに集めることが含まれます。自由空間光路を使用する場合、分光計の NA 値と一致する NA 値を持つ適切なレンズを選択すると同時に、最大の光束を達成するために分光計のスリットがレンズの焦点に配置されていることを確認することが重要です。
自由空間光結合
投稿日時: 2023 年 12 月 13 日