文主要说明在光纤光谱仪设计中设计者需要的基本信息,这些信息根据情况可以由甲方大佬直接提供给设计者,或者通过设计者和甲方大佬沟通来确定。这些基本信息确定后,光纤光谱仪的设计工作才可以开始,这个逻辑就相当于去饭馆吃饭:①搞清楚自己要吃什么菜 ②点菜 ③上菜。
一般来说,确定设计方案是这样的一个过程:应用领域和工作环境→各项性能指标+成本限制→设计方案。也就是说首先要搞清楚拿这台光谱仪来做什么,光谱仪工作在一个什么样的环境中,知道这些就可以大致确定光谱仪需要满足的各项性能指标,再结合甲方大佬的预算,综合起来就可以确定一个相对稳妥的设计方案。例如,从应用领域上有LED的发光光谱检测,原子发射光谱检测,物质的红外吸收检测等,不同的应用领域对光谱仪工作波长范围、波长分辨率、光谱检测侧灵敏度等有不同要求。从光谱仪工作环境上来说,可以在工厂,实验室,室外等,不同工作环境温湿度、清洁度差异较大。应用领域和工作环境综合起来决定了光谱仪需要的光学性能指标(工作波长范围、分辨率、灵敏度等)和机械性能指标(尺寸、防震,防尘、防水等)。最后,还要考虑预算情况(便宜没好货,好货不便宜),确定出来一个合适的方案。
多数情况下,甲方大佬对自己的需求还是比较清楚的,但是设计人员需要和甲方大佬逐项确认,避免浪费甲方大佬的宝贵时间(搬砖不易,设计人员要避免干冤枉活浪费自己的宝贵时间)。好了,废话不多说,最终要确定下来的信息我们顺着光路来看。
①工作波段:工作波段决定了所需光纤的材质,普通玻璃 光纤、塑料光纤、熔融石英光纤等,不同材质的光纤有不同的光谱透过曲线;工作波段决定了光谱仪所要使用的反射镜和光栅的反射率优化波段,传感器的响应范围。
②光纤数值孔径和芯径大小:光纤的数值孔径决定了光纤的入射锥角和出射锥角的大小,数值孔径越大入射和出射锥角也就越大,光纤收集光线的范围就越大,芯径大小可以根据实际需要确定,在对分辨率要求不高的情况下有时不需要入射狭缝,可以将光纤端面作为入射狭缝。数值孔径过小可能造成光能的损失(准直镜没有完全利用),数值孔径过大会浪费光能量并造成杂散光(光溢出准直镜)这时需要结合具体情况分析到底是换数值孔径小的光纤,还是通过加光阑来控制光束。如图所示即为熔融石英光纤(数值孔径为0.22)端面出射的光线,被后方光阑所阻挡的那部分光线本来是会打在准直镜边缘之外的,这些光没有用,还会造成杂散光,所以选择用光阑将其阻挡
③光谱仪所需要的波长分辨率:波长分辨率主要根据应用领域来确定。简单来说,线状光谱要求的分辨率较高,带状光谱要求的分辨率较低。
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