Spektrometer Detektoren
Der Detektor ist eine Schlüsselkomponente des Spektrometers, der Photonen einfängt, nachdem sie das optische System passiert und nach Wellenlänge getrennt wurden.
Nach der Erfassung werden diese Photonen in ein elektrisches Signal umgewandelt, wobei die Stärke des Signals der Anzahl der detektierten Photonen entspricht.
Detektoren sind in verschiedenen Materialien und Konfigurationen erhältlich, die jeweils für unterschiedliche Anwendungen optimiert sind. Die Auswahl des richtigen Detektors hängt von Faktoren wie Kosten, Geschwindigkeit, Empfindlichkeit und Rauschverhalten ab. Um den unterschiedlichen Bedürfnissen gerecht zu werden, bieten wir für die meisten unserer Spektrometer mehrere Detektor Optionen an.
Jedem Detektor ist eine dreistellige Kennung zugeordnet, die im Namen des Spektrometers und der DISB-Elektronik verwendet wird. Beispielsweise verwenden der FREEDOM FSV-101 und andere Spektrometer mit der Endung „101“ alle den CMOS S11639 Detektor, der wiederum die DISB-101T-Elektronik verwendet.
Ibsen Photonics Spektrometer können mit oder ohne Elektronik geliefert werden, was eine vollständige Kontrolle über den Implementierungs- und Designprozess ermöglicht.
Alternativ können Spektrometer mit der FPGA-basierten DISB-Elektronik (Digital Image Sensor Board) von Ibsen Photonics ausgestattet werden, um eine nahtlose Integration und einfache Nutzung des Detektors über eine SPI-Verbindung zu gewährleisten. Die DISB-Elektronik kann zusätzlich mit einer DISB-USB-Bridge-Platine gekoppelt werden, die eine Verbindung über USB und die Nutzung der Ibsen Photonics Evaluierungssoftware, des SDK und von Software-Beispieldateien ermöglicht.
CMOS Detektoren
CMOS-Detektoren (Complementary Metal-Oxide Semiconductors) sind eine Klasse von Detektoren, die sich oft durch ihre Einfachheit und einfache Bedienung auszeichnen.
Moderne CMOS-Detektoren sind hochempfindlich und bieten ein gutes Gleichgewicht zwischen Empfindlichkeit, Rauschen, Geschwindigkeit und Kosten, was sie zu einer idealen Wahl für viele Spektroskopieanwendungen macht. Infolgedessen werden sie in verschiedenen Bereichen eingesetzt, von LIBS bis zur Absorptionsspektroskopie.
| S11639-01 | S14739-20 | S13496 | S17122 | |
|---|---|---|---|---|
| Spektrometer Suffix Nr. | 101 | 105 | 109 | 191 |
| Unterstützte DISB-Elektronik | DISB-101T | DISB-105 | DISB-101T | M-DISB-191 |
| Pixelgröße | 14 x 200 µm | 14 x 200 µm | 7 x 200 µm | 7 x 200 µm |
| Pixelabstand | 14 µm | 14 µm | 7 µm | 7 µm |
| Anzahl der Pixel | 2048 x 1 | 256 x 1 | 4096 x 1 | 2048 x 1 5 |
| Max. Line-rate | 4672 Hz | 28735 Hz | 2387 Hz | 61 kHz or 101 kHz 7 |
| Min. Integrationszeit | 5,4 µs | 5,4 µs | 5,4 µs | 2.225 µs |
| Elektronischer Verschluss | Ja | Ja | Ja | Ja |
| Typisches SNR 1 | 380:1 | 380:1 | 380:1 | 600:1 |
| Typ. Dynamikbereich 2 | 5000:1 | 5000:1 | 5000:1 | 2900:1 |
| Typ. Leistungsaufnahme 3 | 150 mW | 75 mW | 200 mW | 677 mW |
| Spektraler Bereich (Nutzbar) | 180-1100 nm | 180-1100 nm | 180-1100 nm | 400-1000 nm |
| Wellenlänge der maximalen Empfindlichkeit | 700 nm | 700 nm | 700 nm | 650 nm |
| TE-Kühlung | Ungekühlt | Ungekühlt | Ungekühlt | Ungekühlt |
| Betriebstemperatur | -40 bis +65 oC | -40 bis +65 oC | -40 bis +65 oC | -40 bis +85 oC |
| Lagertemperatur | -40 bis +65 oC | -40 bis +65 oC | -40 bis +65 oC | -40 bis +85 oC |
NMOS Detektoren
Lineare NMOS-Detektoren (N-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter) bestehen aus einem selbstabtastenden Photodiodenarray und sind ideal für die Multikanal-Spektroskopie, bei der sehr hohe Signal-to-Noise-Verhältnisse (SNR) erforderlich sind.
NMOS Detektoren bieten eine Reihe von Vorteilen, wie z. B. einen geringen Stromverbrauch, ein großes lichtempfindliches Array (Pixel) und Well-Tiefen, die einen großen Dynamikbereich, ein hohes SNR und eine ausgezeichnete Linearität bieten.
Die große Pixelgröße und die hohe Full-Well-Kapazität von NMOS-Detektoren machen sie in der Regel weniger geeignet für Anwendungen, die eine hohe optische Auflösung oder kurze Integrationszeiten erfordern.
Ein typischer Anwendungsfall ist die Absorptionsspektroskopie, bei der oft ein hoher Dynamikbereich erforderlich ist.
| S8380 | S8381 | S8382 | S8383 | |
|---|---|---|---|---|
| Spektrometer Suffix Nr. | 220 | 220 | 290 | 290 |
| Unterstützte DISB-Elektronik | DISB-220 | DISB-220 | DISB-290 | DISB-290 |
| Pixelgröße | 45 x 2500 µm | 20 x 2500 µm | 45 x 2500 µm | 20 x 2500 µm |
| Pixelabstand | 50 µm | 25 µm | 50 µm | 25 µm |
| Anzahl der Pixel | 128, 256 oder 512 x 1 | 256, 512 oder 1024 x 1 | 128, 256 oder 512 x 1 | 256, 512 oder 1024 x 1 |
| Max. Line-rate | 3900, 7800 oder 15600 Hz | 1950, 3900 oder 7800 Hz | 3900, 7800 oder 15600 Hz | 1950, 3900 oder 7800 Hz |
| Min. Integrationszeit | 0,1 ms | 0,1 ms | 0,1 ms | 0,1 ms |
| Elektronischer Verschluss | Nein | Nein | Nein | Nein |
| Typ. SNR 1 | 10000:1 | 10000:1 | 10000:1 | 10000:1 |
| Typ. Dynamikbereich 2 | 20000:1 | 20000:1 | 20000:1 | 20000:1 |
| Typ. Leistungsaufnahme 3 | 1 mW | 1 mW | 1 mW | 1 mW |
| Spektraler Bereich (Nutzbar) | 190-1100 nm | 190-1100 nm | 190-1100 nm | 190-1100 nm |
| Wellenlänge der maximalen Empfindlichkeit | 750 nm | 750 nm | 750 nm | 750 nm |
| TE-Kühlung 4 | Ungekühlt | Ungekühlt | 1-stufig | 1-stufig |
| Betriebstemperatur | -40 bis +65 oC | -40 bis +65 oC | -40 bis +65 oC | -40 bis +65 oC |
| Lagertemperatur | -40 bis +85 oC | -40 bis +85 oC | -40 bis +85 oC | -40 bis +85 oC |
BT-CCD Detektoren
Back-Thinned Charged-Coupled Devices (BT-CCD) sind eine Klasse von Detektoren, die sich durch eine sehr hohe Quanteneffizienz, ein geringes Rauschen und ein gleichmäßiges spektrales Ansprechverhalten auszeichnen.
Sie werden typischerweise in Anwendungen eingesetzt, die eine Kombination aus hoher Empfindlichkeit und geringem Rauschen erfordern, wie z. B. Raman- oder LIBS-Spektroskopie.
BT-CCD Detektoren sind in vielen verschiedenen Konfigurationen erhältlich. Einige BT-CCD Detektoren bestehen aus hohen 2D-Pixel-Arrays, was sie ideal für Anwendungen macht, bei denen große Faserbündel und/oder Pixel-Binning erforderlich sind, während andere mit elektronischen Verschlüssen für ultraschnelle Messungen ausgestattet sind, bei denen das Timing entscheidend ist.
| S10420-1006 | S10420-1106 | S11156-2048-02 | S11850-1106 | S14651-2048 | S16011-1106 | S7031-1007S | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Spektrometer Suffix Nr. | 305 | 315 | 380 | 385 | 388 | 386 | 394 |
| Unterstützte DISB-Elektronik | DISB-315T | DISB-315T | DISB-380 | DISB-386 | DISB-386 | DISB-386 | NA. |
| Pixelgröße | 14 x 14 µm | 14 x 14 µm | 14 x 1000 µm | 14 x 14 µm | 14 x 14 µm | 14 x 14 µm | 24 x 24 µm |
| Pixelabstand | 14 µm | 14 µm | 14 µm | 14 µm | 14 µm | 14 µm | 24 µm |
| Anzahl der Pixel | 1024 x 64 | 2048 x 64 | 2048 x 1 | 2048 x 64 | 2048 x 192 | 2048 x 64 | 1044 x 128 |
| Max. Line-rate | 341 Hz | 200 Hz | 4633 Hz | 200 Hz | 68 Hz | 200 Hz | 387 Hz |
| Min. Integrationszeit | 2,939 ms | 4,987 ms | 2 µs | 4,987 ms | 6.523 ms | 4,987 ms | 2,58 ms |
| Elektronischer Verschluss | Nein | Ja | Nein | Nein | Nein | Nein | Nein |
| Typ. SNR 1 | 542:1 | 542:1 | 350:1 | 542:1 | 542:1 | 542:1 | 1000:1 |
| Typ. Dynamikbereich 2 | 50000:1 | 50000:1 | 6670:1 | 50000:1 | 50000:1 | 50000:1 | 40000:1 |
| Typ. Leistungsaufnahme 3 | 4 mW | 4 mW | 75 mW | 4 mW | 4 mW | 4 mW | 13 mW |
| Spektraler Bereich (Nutzbar) | 180-1100 nm | 180-1100 nm | 180-1100 nm | 180-1100 nm | 180-1100 nm | 200-1100 nm | 200-1100 nm |
| Wellenlänge der maximalen Empfindlichkeit | 600 nm | 600 nm | 600 nm | 600 nm | 600 nm | 700 nm | 650 nm |
| TE-Kühlung | Ungekühlt | Ungekühlt | Ungekühlt | 1-stufig (+5 oC) | 1-stufig (+5 oC) | 1-stufig (+5 oC) | 1-stufig (-10 oC) |
| Betriebstemperatur | -50 bis +50 oC | -50 bis +50 oC | -50 bis +60 oC | -50 bis +50 oC | -50 bis +50 oC | -50 bis +50 oC | -50 bis +50 oC |
| Lagertemperatur | -50 bis +70 oC | -50 bis +70 oC | -50 bis +70 oC | -50 bis +70 oC | -50 bis +70 oC | -50 bis +70 oC | -50 bis +70 oC |
InGaAs Detektoren
InGaAs (Indium-Gallium-Arsenid) Detektoren sind hochmoderne Sensoren, die speziell für den nahen Infrarotbereich (NIR) entwickelt wurden. Mit Modellen, die Wellenlängen von 900 nm bis 2500 nm abdecken, bieten diese Detektoren einen hohen Dynamikbereich und einen deutlich minimierten Dunkelstrom.
Lineare InGaAs-Detektoren verfügen über eine integrierte CMOS-Ausleseschaltung (ROIC), wodurch sie einfach zu bedienen sind und sich nahtlos in verschiedene Systeme integrieren lassen — und gleichzeitig hohe Zeilenraten für eine schnelle Datenerfassung unterstützen.
Detektoren können entweder mit einer Front-Illuminated- oder Back-Illuminated-Struktur hergestellt werden:
Frontseitig belichtete Detektoren (Hamamatsu G11508, G11476, G11477) bieten eine außergewöhnliche Quanteneffizienz (QE) und eine breite spektrale Empfindlichkeit, wodurch eine hohe Empfindlichkeit über das gesamte NIR-Spektrum gewährleistet wird.
Rückseitig beleuchtete Detektoren (Hamamatsu G13913, G11620, G17225) bieten einen kompakten Formfaktor und einen geringen Pixelabstand, was sie ideal für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot macht.
| G13913-256FG | G11620-256DA | G11620-512DA | G11476N-128LB | G11477-256WB | G11508-256SA | G11508-512SA | G17225-1024DG | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Spektrometer Suffix Nr. | 400 | 410 | 411 | 415 | 466 | 470 | 471 | 486 |
| Unterstützte DISB-Elektronik | DISB-400 | DISB-411 | DISB-411 | DISB-415 | DISB-466 | DISB-466 | DISB-466 | DISB-486 |
| Pixelgröße | 25 x 250 µm | 50 x 500 µm | 25 x 500 µm | 50 x 250 µm | 50 x 250 µm | 50 x 500 µm | 25 x 500 µm | 12,5 x 250 µm |
| Pixelabstand | 25 µm | 50 µm | 25 µm | 50 µm | 50 µm | 50 µm | 25 µm | 12,5 µm |
| Anzahl der Pixel | 256 x 1 | 256 x 1 | 512 x 1 | 128 x 1 | 256 x 1 | 256 x 1 | 512 x 1 | 1024 x 1 |
| Max. Line-rate | 7290 Hz | 17200 Hz | 9150 Hz | 30800 Hz | 17200 Hz | 17200 Hz | 9150 Hz | 50000 Hz |
| Min. Integrationszeit | 1 µs | 12 µs | 12 µs | 1.2 µs | 1 µs | 1 µs | 1 µs | 28 µs |
| Elektronischer Verschluss | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja |
| Typ. SNR 1 | 8000:1 | 12000:1 | 12000:1 | 12000:1 | 12000:1 | 12000:1 | 12000:1 | 200:1 |
| Typ. Dynamikbereich2 | 12000:1 | 14000:1 | 14000:1 | 14000:1 | 14000:1 | 14000:1 | 14000:1 | 213:1 |
| Typ. Leistungsaufnahme 3 | 66 mW | 275 mW | 400 mW | 175 mW | 225 mW | 225 mW | 425 mW | 313,5 mW |
| Spektraler Bereich (Nutzbar) | 950-1700 nm | 950-1700 nm | 950-1700 nm | 900-2050 nm | 900-2150 nm | 900-1670 nm | 900-1670 nm | 950-1700 nm |
| Wellenlänge der maximalen Empfindlichkeit | 1550 nm | 1550 nm | 1550 nm | 1950 nm | 1950 nm | 1550 nm | 1550 nm | 1550 nm |
| TE-Kühlung | Ungekühlt | Ungekühlt | Ungekühlt | Ungekühlt | 2-stufig (-20 oC) | 1-stufig (-10 oC) | 1-stufig (-10 oC) | Ungekühlt |
| Betriebstemperatur | -10 bis +60 oC | -10 bis +60 oC | -10 bis +60 oC | -10 bis +60 oC | -20 bis +70 oC | -20 bis +70 oC | -20 bis +70 oC | -10 bis +60 oC |
| Lagertemperatur | -20 bis +70 oC | -20 bis +70 oC | -20 bis +70 oC | -20 bis +70 oC | -40 bis 85 oC | -40 bis 85 oC | -40 bis 85 oC | -20 bis +70 oC |
Kameras für die Spektroskopie
Kameras sind in sich geschlossene Module, die einen Detektor, Elektronik und ein Gehäuse enthalten.
Spektroskopiekameras gibt es in verschiedenen Modellen, die jeweils für spezifische Anwendungen konzipiert sind. Zum Beispiel sind tiefgekühlte Kameras mit Deep Depletion (DD) CCDs ideal für die Raman-Spektroskopie, während Hochgeschwindigkeits-Zeilenkameras häufig in der Optischen Kohärenztomographie (OCT) eingesetzt werden.
| Teledyne Octoplus | Hamamatsu C16821 | Andor iVac 316 | M-DISB-191 | |
|---|---|---|---|---|
| Spektrometer Suffix Nr. | Zahlen von 119 bis 142 | 190 | C316 | 191 |
| Schnittstelle | USB3 oder CameraLink | MIPI CSI-2 | USB2.0 | MIPI CSI-2 |
| Pixelgröße | 10 x 200 µm | 7 x 200 µm | 15 x 15 µm | 7 x 200 µm |
| Pixelabstand | 10 µm | 7 µm | 15 µm | 7 µm |
| Anzahl der Pixel | 2048 x 1 | 1024 x 1 | 2000 x 256 | 2048 x 1 5 |
| Max. Line-rate | 20, 80, 130 or 250 kHz 6 | 34 kHz | 142 Hz | 61 kHz or 101 kHz 7 |
| Min. Integrationszeit | 3.4 µs | 2,675 µs | 7 ms | 2.225 µs |
| Elektronischer Verschluss | Ja | Ja | Nein | Ja |
| Typ. SNR 1 | 355:1 | 200:1 | 600:1 | 600:1 |
| Typ. Dynamikbereich 2 | 2800:1 | 1400:1 | 60000:1 | 2900:1 |
| Typ. Leistungsaufnahme 3 | 3.6 W | 1.5 W | 24W 8 | 891 mW |
| Spektraler Bereich (Nutzbar) | 400-1050 nm | 400-1000 nm | 200-1100 nm | 400-1000 nm |
| Wellenlänge der maximalen Empfindlichkeit | 700 nm | 650 nm | 800 nm | 650 nm |
| TE-Kühlung | Ungekühlt | Ungekühlt | Ja (-60 oC) | Ungekühlt |
| Wellenlängen-Kalibrierung | Wird in einer separaten .txt-Datei bereitgestellt | Wird in einer separaten .txt-Datei bereitgestellt | Wird in einer separaten .txt-Datei bereitgestellt | Gespeichert im On-Board-Speicher |
| Evaluierungssoftware | Verfügbar | Verfügbar | Verfügbar | Verfügbar |
| Betriebstemperatur | -40 bis +65 oC | 0 bis +50 oC | 0 bis +40 oC | 0 bis +50 oC |
| Lagertemperatur | -40 bis +70 oC | -20 bis +70 oC | -25 bis +50 oC | -20 bis +70 oC |
1 – Basierend auf Werten für die typische Detektorleistung
2 – Definiert als Volle Kapazität geteilt durch den typischen Wert für das Detektor-Ausleserauschen
3 – Leistungsaufnahme basierend auf den vom Hersteller angegebenen Werten während des typischen Betriebs, ohne Kühlung (TEC) oder andere zusätzliche Elektronik.
4 – Unter der Annahme der Verwendung eines Kühlkörpers in Übereinstimmung mit den Hamamatsu-Empfehlungen zur Wärmeleitfähigkeit und einer Umgebungstemperatur von 25 °C
5 – Binning paarweise auf 1024 Pixel verfügbar
6 – 250 kHz Line-Rates nur mit CameraLink-Schnittstelle verfügbar
7 – 61 kHz bei 2048 Pixeln und 101 kHz bei 1024 Pixeln ausgelesen.
8 – Typischer Stromverbrauch bei Betrieb bei -60 °C.
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