Einkopplung in Ihr Spektrometer

Diese technische Notiz enthält einige grundlegende Formeln zur Berechnung der relativen Lichtmenge, die ein Spektrometer durch einen Spalt, eine Faser und ein Faserbündel erfassen kann. Anhand eines Beispiels können Sie diese einfachen Formeln verwenden, um verschiedene Spektrometerlösungen zu vergleichen.

Die allgemeine Situation für jede Oberfläche mit einer Fläche A, auf der alle Positionen auf der Oberfläche Licht innerhalb eines Kegels mit dem Spitzenwinkel θ akzeptieren, ist in Abbildung 1 unten dargestellt.

Abbildung 1: Allgemeiner Fall

Die Lichtmenge, die Ihr Spektrometer erfassen kann, wird im Allgemeinen durch die Eingangsspaltfläche und die Blendenzahl Ihres Spektrometers bestimmt. Die Blendenzahl hängt mit dem oberen Winkel θ des Lichtkegels zusammen, den das Spektrometer akzeptieren kann. Die Blendenzahl hängt auch mit der numerischen Apertur des Spektrometers zusammen. Siehe Abbildung 2.

Abbildung 2: Licht, das durch den Eingangsspalt eines Spektrometers eingefangen wird

Wenn Ihr Spektrometer Licht durch eine Optische Faser sammelt, bestimmen der Kerndurchmesser und die numerische Apertur der Faser, wie viel Licht gesammelt werden kann, wie in Abbildung 3 dargestellt. Das von der Faser erfasste Licht kann jedoch weiter reduziert werden, wenn das Spektrometer einen Spalt mit einer Fläche verwendet, die kleiner als die Faserkernfläche ist. Wenn die numerische Apertur des Spektrometers kleiner als die numerische Apertur der Faser ist, sollten Sie die numerische Apertur des Spektrometers bei der Schätzung des erfassten Lichts verwenden. Schließlich sollten Sie sich bewusst sein, dass eine typische Multimode-Faser Ihren Durchsatz um ca. 50 % reduziert, was auf den Reflexionsverlust an den beiden Endflächen sowie den Ausbreitungsverlust durch die Faser zurückzuführen ist.

Abbildung 3: Licht, das von einer Optischen Faser eingefangen wird

Der Spalt eines Spektrometers ist typischerweise rechteckig geformt, wobei eine Dimension viel länger ist als die andere. Ein Faserbündel kann verwendet werden, um Licht von einer kreisförmigen Fläche zu sammeln und es in eine rechteckige Fläche umzuwandeln, die mit der Spaltfläche übereinstimmt, wie in Abbildung 4 dargestellt. Die Lichterfassung durch jede einzelne Faser ist die gleiche wie in Abbildung 3, aber da wir jetzt N Fasern haben, ist die Menge des erfassten Lichts auch N-mal größer. Genau wie im Fall der einzelnen Multimodefaser wird auch das Faserbündel einen Leistungsverlust von ~50% verursachen.