03.03.2022Abstrakt
Spektrometer sind ein Schlüsselgerät in der modernen wissenschaftlichen Forschung und in industriellen Anwendungen. Um ihr Anwendungsspektrum zu erweitern, haben Forscher ein Zweikanal-Spektrometer entwickelt, das acht Subgitter nutzt und damit die in herkömmlichen Konstruktionen üblichen mechanischen Teile ersetzt. Zwei Sätze von Vierfachspektren werden für Beugung und Abbildung in der oberen bzw. unteren Brennebene der Dhyana 90A-Kamera verwendet. Die Quanteneffizienz der Kamera bei 400 nm beträgt etwa 90 %. Neben den Kostenvorteilen des spektroskopischen Systems ermöglicht die kompakte Bauweise des Spektrometers die simultane Messung mehrerer Spektren.
Abb. 1 Schematische Darstellung des Spektrometersystems. (a) S1 und S2 sind zwei unabhängige optische Spalte. G1 und G2 sind zwei Gittersätze mit jeweils vier Teilgittern. Die vierfach gefalteten Spektrallinien von G1 und G2 werden hochauflösend auf den oberen bzw. unteren Bereich der Brennebene des BSI-CMOS-Array-Detektors abgebildet. (b) Ein Satz optischer Elemente (S1, G1, Spiegel 1 und 2 sowie Filtersatz F) ist so angeordnet, dass die Spektrallinien von Kanal 1 auf den oberen Bereich der Brennebene des BSI-CMOS-Detektors D abgebildet werden. Die grau dargestellten Bereiche F1 und F2 in (a) sind leer (ohne Filter).
Abb. 2 Foto des gemäß dem vorgeschlagenen Entwurf konstruierten Kompaktspektrometers.
Analyse der Bildgebungstechnologie
Spektrometer müssen jedoch in manchen Situationen mehrere Lichtsignale gleichzeitig messen. Herkömmliche Detektormessungen in unterschiedlichen Zeitintervallen sind anfällig für zeitabhängige Fehler oder Fehler, die durch veränderte Lichtwege verursacht werden. Zudem ist es schwierig, mit verschiedenen Detektoren unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen die gleiche Quanteneffizienz zu erzielen. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, untersuchen Forscher ein neuartiges, kompaktes Spektrometer auf Basis des Dhyana 90A. Der Dhyana 90A zeichnet sich durch einen breiten Spektralbereich (200–950 nm Detektionswellenlänge), eine hohe Bildrate (24 Bilder pro Sekunde), eine hohe Auflösung (besser als 0,1 nm/Pixel) und einen hohen Dynamikbereich von 16 Bit aus. Der Einsatz eines fortschrittlichen zweidimensionalen BSI-CMOS-Array-Detektors, der von mehreren Spektralkanälen gemeinsam genutzt wird, könnte einen zukünftigen Trend in der Spektrometerentwicklung darstellen.
Referenzquelle
Zang KY, Yao Y, Hu ET, Jiang AQ, Zheng YX, Wang SY, Zhao HB, Yang YM, Yoshie O, Lee YP, Lynch DW, Chen LY. Ein Hochleistungsspektrometer mit zwei Spektralkanälen, die denselben BSI-CMOS-Detektor nutzen. Sci Rep. 2018 Aug 23;8(1):12660. doi: 10.1038/s41598-018-31124-y. PMID: 30139954; PMCID: PMC6107652.
