تمامی محصولات شرکت دارای حداقل 2 سال گارانتی و 15 سال خدمات پس از فروش می باشد arrow

طیف سنج های نوری
زمان مطالعه : 9 دقیقه

اجزای اصلی در طیف سنج های نوری چه قطعاتی هستند؟

طیف ­سنج های نوری

به­ طور کلی، طیف­ سنج ­های نوری بر اساس عملکرد آنها، به سه گروه تقسیم می­ شوند:

3 گروه طیف سنج های نوری

نوع اول از بین طیف سنج های نوری، به طیف ­سنج­ های تبدیل فوریه معروف هستند که معمولاً در پیکربندی آنها از یک تداخل ­سنج مایکلسون و یک تقسیم ­کننده­ پرتو نور (برای ایجاد دو مسیر نوری) استفاده می ­شود.

به منظور اندازه ­گیری شدت، ابتدا تابع شدت طیف بدست می ­آید و این تکنیک، تفکیک نوری (وضوح نوری) بسیار بالایی فراهم می­ کند.

دو دسته­ دیگر، طیف­ سنج ­های نوری تک­ رنگ ­ساز و  چند رنگ­ ساز هستند تقریباً ساز و کار مشابهی دارند. با این تفاوت که محدوده طول موجی که در هرکدام به آشکارساز می رسد متفاوت است.

طیف­ سنج­ های تک ­رنگ ­ساز، با یک طراحی ساده، معمولاً دارای یک توری پراش چرخشی هستند و طول موج خاصی (تک رنگ) را از تابش الکترومغناطیسی فرودی جدا می­ کنند.

پرتو تابشی می ­تواند از طیف وسیعی از طول موج ­ها تشکیل شده باشد، اما طول موج ­هایی که ناخواسته هستند (در آنالیز مورد نیاز نیستند) و از طریق عناصر اپتیکی جذب گردیده یا پراکنده می شوند.

در این نوع از طیف ­سنج ­های نوری، بسته به طول موج و پرتو نور ( امواج الکترومغناطیسی ) به طور یکپارچه منتشر می­ شود که از طریق یک عنصر پراکننده رخ می­ دهد و عمل انکسار (مثلاً منشور) یا انتشار (مثلاً یک توری پراش) صورت می­ گیرد و از طریق یک دیافراگم تقسیم کننده، یک محدوده طول موج حداقلی، یعنی یک رنگ، نور با طول موج مورد نظر انتخاب می­ شود.

در مقابل، طیف ­سنج­ های نوری چندرنگ ­ساز، طیف ­سنج ­هایی با آشکارسازهای چند کانالی هستند که معمولاً در چیدمان آنها هیچ کدام از اجزای طیف ­سنج نمی­ چرخد و توری ثابت است و کل طیف طول موجی، بر روی یک آشکارساز آرایه­ ای پخش می­ شود.

خواندن مقاله  طیف سنجی اتمی چیست؟

توری را نیز می ­توان بسته به نوع پیکربندی سیستم، از نوع تخت یا مقعر انتخاب کرد که در ادامه بیشتر به آن خواهیم پرداخت.

اجزای اصلی طیف ­سنج های نوری

شکاف ورودی و خروجی

همان­طور که پیش از این نیز اشاره شد، طیف ­سنج های نوری سیستم تصویربرداری هستند که تعداد زیادی تصویر تک ­رنگ یا چند رنگ را بر روی صفحه­ ی آشکارساز تصویر می­ کنند.

اندازه شکاف ورودی، در عملکرد طیف­ سنج های نوری بسیار مهم است زیرا عامل مهمی در تعیین تفکیک یا توان تفکیک است.

نوری که از طریق یک فیبر یا عدسی وارد دستگاه طیف‌سنج می‌شود و بر روی شکاف ثابت تراز گردیده و متمرکز می‌شود. شکاف­ های با عرض بزرگ، شدت بالا را ممکن می­ کنند، اما عرض طیفی بالایی خواهند داشت.

شکل1- شماتیکی از نقش شکاف های ورودی و خروجی در طیف­ سنج های نوری تک­ رنگ ­ساز

شکل1- شماتیکی از نقش شکاف های ورودی و خروجی در طیف­ سنج های نوری تک­ رنگ ­ساز

توری پراش

توری های پراش، یکی دیگر از مهم­ ترین بخش های طیف­ سنج های نوری هستند که الگویی تکرار شونده با فاصله­ یکنواخت از خطوطی می باشند که فاز یا دامنه­ نور فرودی را تحت تأثیر قرار می ­دهند و بسته به زاویه­ تابش نور، الگوهای طیفی روی سطح تصویربرداری در پشت توری عبوری یا بازتابی، قابل تشخیص هستند.

این طیف­ های نوری به این دلیل قابل تشخیص هستند که زاویه­ پراش به طول موج نور بستگی دارد و برای یک توری مشخص، نور با طول موج بلندتر و معمولاً زاویه پراش بزرگ­تری را نشان می­ دهد (شکل­ های 1 و 2).

به طور دقیق ­تر، یک طول موج منفرد ممکن است به طور همزمان چندین زاویه­­ پراش گسسته را نمایش دهد که به عنوان مرتبه ­های پراش شناخته می­ شوند (شکل 2).

این بدان معنی است که یک توری، یک پرتو چند رنگی فرودی را به اجزای طول موج تشکیل دهنده­ آن جدا می­ کند و بنابراین گفته می ­شود که نور پراکنده شده است (بر اساس قانون براگ).

شکل2- عملکرد کلی یک توری پراش در طیف سنج های نوری

شکل2- عملکرد کلی یک توری پراش در طیف سنج های نوری

جدای از چگالی خط، توری بیش از همه با مقطع عرضی شیار آن تعریف می­ شود زیرا پروفیل­ های مناسب می­ توانند بازده پراش را بهینه کنند و در حال حاضر سه شکل مختلف توری پراش استفاده می­ شود:

خواندن مقاله  طیف سنجی فلورسانس و رایج ترین تکنیک های مربوط به آن-از 0 تا 100

سه شکل توری پراش

توری سینوسی

توری بِلِیز

توری لَمینار

با تنظیم زاویه­ تابش و فاصله­ شکاف از توری پراش، محدوده­ طول­ موجی و توان تفکیک طیف ­سنج های نوری تعیین می­ شود و انتخاب یک توری پراش مناسب، یک عامل کلیدی در بهینه­ سازی طیف­ سنج های نوری، برای حصول بهترین نتایج طیفی در کاربردهای خاص است.

شکل3- شماتیک توری پراش بلیز

شکل3- شماتیک توری پراش بلیز

 
شکل4- شماتیک توری­ پراش سینوسی

شکل4- شماتیک توری­ پراش سینوسی

 
شکل5- شماتیک توری پراش لَمینار

شکل5- شماتیک توری پراش لَمینار

آشکارساز

نقش آشکارساز در طیف سنجی این است که شدت نور منتقل شده از توری پراش را تشخیص دهد و داده ­های حاصل را برای ثبت و نمایش به یک سنجش­گر  بفرستد.

به­ طور کلی، برای آشکارسازی نور در طیف سنج های نوری دو راه وجود دارد:

  • راه اول، شامل انتخاب طول­ موج جداشده توسط توری پراش و عبور آن از شکاف خروجی و آشکارسازی آن توسط یک آشکارساز یک­پارچه است و این ایده معمولاً در طیف سنج های نوری تک­ رنگ ­ساز استفاده می ­شود.
  • راه دوم، شامل آشکارسازی تمام طیف جداشده به ­صورت همزمان است و این ایده ویژ­ه طیف سنج های نوری­ چندرنگ­ ساز است.

در این حالت، از آشکارسازهای نوع  بار جفت شده (CCD) استفاده می­ شود که آرایه­ ای از خازن­ های نوری هستند و طیف­ نگار نیز نامیده می ­شوند و این نوع حسگرها، سطوح صافی دارند و بنابراین می­ توانند بهترین تمرکز را در بیش از دو نقطه فراهم کنند.

در برخی آشکارسازهای مدرن نیز از حسگرهای CMOS ( نیم‌رسانای اکسید-فلز مُکمِّل) بعنوان جایگزینی برای CCDها استفاده می­ شود و این حسگرها نیز در فرایندی شبیه به  CCDها، فوتون‌ها را تبدیل می‌کنند اما سرعت­ های بالاتری دارند.

خواندن مقاله  طیف سنجی جرمی چیست؟-از 0 تا 100

هر دوی این آرایه ­های آشکارسازی، از پیکسل­ هایی تشکیل شده ­اند که هر پیکسل نشان ­دهنده­ بخشی از طیف است که به صورت الکترونیکی و با استفاده از نرم ­افزار، با شدت معینی ترجمه و نمایش داده شده است.

شکل 6- عملکرد یک آشکارساز آرایه­ ای CCD

شکل 6- عملکرد یک آشکارساز آرایه­ ای CCD

شکل7- یک آرایه­ ی CMOS

شکل7- یک آرایه­ ی CMOS

با توجه به نقش مهم آشکارسازها در طیف سنج های نوری، حسگرهای CMOS، مزیت­ هایی نسبت به نوع CCD دارند که در زیر، به برخی از مهم­ترین آنها اشاره شده است:

نقش آشکارساز ها در طیف سنج های نوری

  • ادغام توابع همراه روی همان قالب سنسور تصویر، ایجاد قابلیت دوربین روی چیپ یا سیستم روی چیپ
  • مصرف توان پایین
  • کاهش اندازه سیستم تصویربرداری، در نتیجه­ یکپارچگی و کاهش مصرف انرژی
  • توانایی استفاده از خطوط تولید یکسان CMOS به عنوان جریان اصلی منطق و ساخت دستگاه حافظه
  • صرفه جویی در مقیاس برای تولید تصویرگر CMOS.
شکل8- تفاوت ساختاری CCD و CMOS

شکل8- تفاوت ساختاری CCD و CMOS

و در آخر به شما کاربر عزیز پیشنهاد میکنیم که محصولات شرکت دانش بنیان بلورآزما را مشاهده کنید و در صورت نیاز کاتالوگ هر محصول را به صورت جداگانه دانلود کرده و حتی برای دوستان خود بفرستید.

راستی این امکان هم برای شما قرار داده ایم که به صورت آنلاین از دستگاه مورد نظر خود استفاده کنید، برای استفاده کافیست وارد بخش محصولات سایت شده و محصول مورد نظر خود را انتخاب کرده و روی دکمه شبیه ساز آنلاین کلیک کنید

(خوشحالم که میتونی حتی به صورت آنلاین دستگاه های شرکت ما را ببینی و با آن کار کنی😍)

منابع و مراجع

Palmer, Diffraction Grating Handbook (Newport Corporation, Rochester, NY, ed. 6, 2005).

C. Thompson and D. Vaudhn, X-Ray Data Booklet, 2nd ed. (Lawrence Berkeley Laboratory, 2001).

Jacob Baker, CMOS: Circuit Design, Layout, and Simulation, 3rd Edition. IEEE Press Series on Microelectronic Systems, 2019. ISBN 978-0-470-88132-3

G. Loewen, Diffraction Gratings and Applications (Marcel Dekker, 1997).

A. More, Encyclopedia of Modern Optics, 2005, Pages 324-336.

M. Daltrini, M.Machida, Multichannel detector for ion temperature determination in vacuum ultraviolet spectrum, Rev. Sci. Instrum. 78, 066101, 2007.

Grabarnik, A. Emadi, H. Wu, G. De Graaf, R.F. Wolffenbuttel, Concave diffraction gratings fabricated with planar lithography,” Micro. Optics International Society for Optics and Photonics, 14(6992), 699214, (2008).

wikipedia

چه امتیازی به این مقاله می دهید؟

رای شما:

5 / 5. تعداد رای: 2


افزودن دیدگاه و پرسش جدید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

5 مقاله اخیر

مقالات منتشر شده در ساعاتی قبل