光谱仪的简介：选择光纤

当要为给定实验配置光谱仪时，通常忽略的考虑因素之一是选择最佳的光纤电缆。尽管有许多不同的因素需要考虑此选择，但本文重点介绍了两个主要因素 - 吸收和核心直径。

本文简要回顾了光纤电缆的功能以及如何将光线引导到光谱仪。然后，它讨论了上述两个特征，以及为什么它们对于确定光纤的吞吐量很重要。

技术细节

光纤可以视为“轻型管道”。可以将其与安装在房屋中的管道进行比较，该管道将水从一个地方引导到另一个地方，将其引导到曲折并转向所需的位置。光纤以类似的方式引导光波，但没有将光引导到厨房或浴室，而是将光引导到其他光学检测系统（包括光谱仪）中。这是通过称为总内部反射的过程来完成的。

为了了解如何实现整体内部反射，首先应查看称为折射的光学特性。发生折射是因为光速根据其传播的材料而异。因此，当光从一个介质传播到另一种介质时，其行进的角度相对于界面延伸。

材料的折射力定义为

等式（1）

在哪里n代表折射的索引，C是真空中的光速吗？v是感兴趣的媒介中的光速。例如，水的折射率为1.333，表明光在水中的传播速度比真空慢25％，而空气折射率为1.000293，表明空气中的光速几乎完全相同就像在真空中一样。

斯内尔定律定义了折射索引与光线传播的角度之间的关系：

等式（2）

从这个方程式可以看出折射角（θ₂）取决于入射角（θ₁）以及两种材料指数的比率（欧洲杯足球竞彩n₁/n₂）。因此，可以控制索引的比率以使折射角以从界面反射回折射的角度。该方法称为总内部反射，并使光线可以包含并引导在光纤内。

图1显示了如何通过使用两种类型的玻璃（较高的索引芯和较低的索引覆层）制造光纤以实现总内部反射，以将光捕获在纤维芯内并通过光纤指导。从一个地方收集光并将其引导到另一个地方的能力使光纤电缆成为将光耦合到光谱仪的理想解决方案。

图1。

核心直径

由于光纤中的所有光都是在核心中收集的，因此芯直径与可以发射的光量直接相关。基于该原理，似乎直观的是，核心的较大直径将提高光谱仪的信噪比和灵敏度。

尽管这在某种程度上是正确的，但是选择正确的光纤时，还有其他限制因素需要考虑到。

检测器的像素高度是需要考虑的第一件事。如文章中所述，“光谱仪的介绍：光学台式”，设计光谱仪的光学台旨在形成缝隙的图像到探测器平面上。

如果用户选择400 µM核纤维，并且检测器像素的高度仅为200 µm，则将浪费50％的光入射。在这种情况下，没有较大的核心可以通过在检测器前面的光学台上添加圆柱形镜头来解决此问题。

图2。带有圆柱形镜头的各种核心直径的信号强度

圆柱形镜头将缝隙与阵列正交的缝隙的图像聚焦，而不会沿轴平行于检测器平面的阵列扭曲图像。这使整个核心的光都可以直接指向检测器像素，从而显着提高了整体设置的灵敏度。图2说明，此方法适用于600 µm的核心纤维。

吸收

光纤的吸收特性是需要考虑的另一个关键因素。如果纤维吸收光，光谱仪将无法检测到这一光。

在光纤的通常制造过程中，哦^-离子无意间用血浆火炬掺入玻璃中，这些火炬用于软化灯泡，以便可以在纤维中绘制它。这些离子的存在在NIR区域产生极强的吸收带（称为水峰），这可能会显着干扰通过该区域进行宽带测量的能力。

为了防止使用光纤用于NIR光谱法，特殊的低OH OH^-应用等离子火炬制造光纤。

图3。

相反，紫外线光谱具有严重的吸收特性，是由称为阳性的光化效应引起的，随着时间的流逝，紫外线暴露延长，尤其是290 nm以下。

由于这些原因，在选择特定应用程序的光纤时应密切注意。用户必须选择低OH^-在NIR光谱中工作时，纤维光学元件（也称为NIR光纤）。在近乎可见的紫外光谱区域工作时，标准光纤光学元件（也称为UV光纤）也可以接受。

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