Auswahl des Gitters
Für jeden Spektrometerkanal kann aus nachfolgenden Tabelle ein Gitter ausgewählt werden. Die Auswahl richtet sich nach den Anforderungen der Anwendung, wie Spektralbereich, optische Auflösung und Empfindlichkeit.
Anwendungs-
spektrum | Nutzbarer Spektralbereich (>30% Effizienz) | Breite des wählbaren Bereiches (nm) | Gitter (Linien/mm | Blazewellenlänge (nm) | # |
 | | | | | |
UV | 200-575 | 650 | 600 | 300 | 1 |
UV | 290-340 | 50-75 | 3600 | holographisch/UV | 8 |
UV/VIS | 200-400 | 300 | 1200 | holographisch/UV | 5 |
UV/VIS | 200-500 | 100-140* | 2400 | holographisch/UV | 7 |
UV/VIS | 250-800 | 650 | 600 | 400 | 2 |
UV/VIS | 200-635 | 100-190* | 1800 | holographisch/UV | 10 |
UV/VIS | 250-575* | 50-120* | 2400 | holographisch/VIS | 12 |
UV/VIS | 320-800 | 120-160* | 1800 | holographisch/VIS | 11 |
VIS/Color | 350-850 | 650 | 600 | 500 | 3 |
VIS/NIR | 400-800 | 200-300* | 1200 | holographisch/VIS | 9 |
NIR | 530-1100 | 625 | 600 | 750 | 4 |
NIR | 650-1100 | 625 | 600 | 1000 | 14 |
NIR | 500-1100 | 200-270* | 1200 | 750 | 6 |
UV/VIS/NIR | 300-1100 | 1700** | 300 | 500 | 13 |
*Der Spektralbereich für die Gitter Nummer # 6, # 7, # 9, #10, #11 und #12 variiert in Bezug auf die Wellenlänge bei welcher die Anwendung gestartet wird. Als Regel gilt: Je größer die Wellenlänge der Anwendung, desto schmaler ist die Bandbreite der Anwendung.
Ein Beispiel soll als Verdeutlichung dienen: Der Spektralbereich des Gitters #10 ist 190 nm bei Anwendungen im UV-Bereich (unter 360 nm) aber nur 100 nm bei Anwendungen im sichtbaren Bereich (600 nm). Aufgrund von Systemeinschränkungen können Spektrometer, die mit dem Gitter #12 konfiguriert wurden nicht auf einen Wellenlängenbereich größer als 575 nm gesetzt werden. Obwohl selbst ein Wellenlängenbereich bis 700 nm mit mehr als 30% Effizienz abgedeckt werden könnte, hindert in diesem Falle das optische Design des Spektrometers (bei Verwendung von OOE-Spektrometern) eine sinnvolle Auswertung des Lichtspektrums. In diesem Falle empfiehlt sich die Verwendung des Gitters #11, welche auch im Wellenlängenbereich zwischen 575 und 800 nm eingesetzt werden kann und eine ähnliche optische Auflösung (Halbwertsbreite) wie das Gitter #12 erzielt. Bitte wenden Sie sich an unsere Kundenbetreuer zur optimalen Konfiguration Ihres Systems.
** Im Gitter #13 erstreckt sich die Breite des wählbaren Spektralbereiches über den Wellenlängenbereich des Spektrometers (300 - 1100 nm) hinweg. Während sich die Spannweite des möglich nutzbaren Spektralbereiches über 1700 nm erstreckt, kann der Detektor aufgrund seiner Beschaffenheit nur im Bereich zwischen 300 - 1100 nm arbeiten. Im Zusammenhang mit dem Gitter #13 sind noch zwei weitere Besonderheiten zu beachten. Da das Gitter im Zusammenhang mit einem sehr breiten nutzbaren Spektralbereich verwendet wird ist es nicht möglich eine sehr hohe optische Auflösung zu erreichen (< 3.0 nm FWHM). Desweiteren sind, bedingt durch die Breite des Spektralbereiches, sind sog. second-orders-effects, welche zur Charakteristik aller angebotenen Gitter gehören, selbst unter Verwendung von Ordnungsfiltern schwierig zu eliminieren oder zu reduzieren.
SLIT - optionaler Eingangsspalt im Spektrometereingang
Im Eingang des Spektrometers kann optional ein Spalt installiert werden. Dadurch kann die Auflösung des Spektrometers erhöht werden, wenn die angeschlossene Glasfaser einen größeren Querschnitt als der Spalt hat. Je kleiner der Spalt, desto besser wird die spektrale Auflösung. Der Eingangsspalt verhindert auch, dass die Wellenlängenkalibration von der Lage des Glasfaserkerns abhängt. Ist kein Spalt installiert, so bestimmt der Durchmesser der angeschlossenen Glasfaser die optische Auflösung.
Auflösung in Abhängigkeit von Spalt und Gitter
Die Auflösung steigt mit Erhöhung der Anzahl der Linien des Gitters, aber auf Kosten der Empfindlichkeit. Die Auflösung steigt mit Abnahme der Spaltbreite oder des Faserdurchmessers, aber auf Kosten der Empfindlichkeit.
Wie wird die optische Auflösung in nm (FWHM) berechnet?
1. Bestimmung des Spektralbereichs des Gitters. (siehe Tabelle)
2. Division des Spektralbereichs durch die Anzahl der Pixel des Detektors. Der resultierende Wert wird als Dispersion bezeichnet. (USB4000 besitzt 3648 Pixel)
Dispersion (nm/pixel) = Spektralbereich des Gitters ÷ Anzahl der Detektorpixel
3. Bestimmung der Pixel-Dispersion
| Spaltbreite | USB4000 | HR2000 | HR4000 |
| 5 µm Spalt | ~5,3 Pixel | 1,5 Pixel | 2,0 Pixel |
| 10 µm Spalt | ~5,7 Pixel | 2,0 Pixel | 3,7 Pixel |
| 25 µm Spalt | ~7,5 Pixel | 2,5 Pixel | 4,4 Pixel |
| 50 µm Spalt | ~11,6 Pixel | 4,2 Pixel | 7,4 Pixel |
| 100 µm Spalt | ~21,0 Pixel | 8,0 Pixel | 14,0 Pixel |
| 200 µm Spalt | ~42,0 Pixel | 15,3 Pixel | 26,8 Pixel |
4. Berechnung der optischen Auflösung (in nm)
Dispersion (Punkt 2) x Pixelauflösung (Punkt 3)
Beispiel: USB4000 Spektrometer mit 25 µm Spalt und Gitter 2
Dispersion (nm/pixel) = Spektralbereich des Gitters ÷ Anzahl der Detektorpixel
Dispersion = 0,178 nm/pixel
Opitsche Auflösung (nm) = Dispersion (Punkt 2) x Pixelauflösung (Punkt 3)
Optische Auflösung = 1nm
L4 - Detektorlinse zur Erhöhung der Empfindlichkeit
Die Zylinderlinse L4 fokussiert das einfallende Licht auf den CCD- Detektor. Die Erhöhung der Empfindlichkeit ist abhängig vom Kerndurchmesser der Faser und zu diesem proportional. In den meisten Fällen ist es empfehlenswert, eine Faser mit großem Kerndurchmesser und einer Sammellinse zusammen mit einem Spalt zu verwenden. Dies führt zu einer hohen Empfindlichkeit bei moderater Auflösung.
UV - UV-Beschichtung des Detektors für Meßbereiche < 360nm
Die UV-Beschichtung des Detektors erhöht die Empfindlichkeit im UV-Bereich bis 190nm. Die Beschichtung ist notwendig für alle Spektralbereiche die < 360nm beginnen. Durch die Beschichtung wird UV-Licht in sichtbares Licht gewandelt, für das der Detektor eine höhere Empfindlichkeit zeigt.
OFLV - fest im Spektrometereingang installiertes Ordnungsfilter
Im Eingang des Spektrometer können verschiedene Ordnungsfilter werksseitig installiert werden. Diese Filter werden in der Regel verwendet, um spektrale Ordnungseffekte zu verhindern. |