光谱工具的概述中阶梯光栅Spectograph灵活

研讨会:拉曼光谱-临床诊断的新曙光

中阶梯光栅Spectograph

一个中阶梯光栅摄谱仪分散的光在两个正交方向上使用两个分散阶段。我们可以在这里表示这些X和Y方向。中阶梯光栅在法国意味着梯子,因此这里的内涵,光谱订单correpsond阶梯的,由于分散在垂直和水平方向。由于光谱数据显示为2 d模式,可以理想情况下用二维探测器捕获这样的成像CCD相机。

中阶梯光栅光谱仪在某些方面是相似的,车尔尼特纳光谱仪但他们有两个色散组件可以是两个光栅或两个棱镜或者一些组合。两个分散元素排列驱散光在两个垂直的或正交方向。因此中阶梯光栅光谱仪可以同时被设计给高光谱分辨率和光谱带通。这是一个关键的设计和性能的特点5000年Mechelle spectrgraph从和或技术。

这与传统Czerny-Turner设计中有一个带通与光谱分辨率之间的权衡:作为一个系统配置高光谱分辨率的结果是一个更小的带通——类似于小型光谱放大窗口。有appication情况需要大街大光谱带通和高光谱分辨率的同时。其中一个例子是在激光诱导击穿Specroscopy (LIBS)。LIBS技术可以确定了化学元素在材料使用聚焦激光产生一个高度电离micro-plasma对复合材料——whihc发出发出大量的原子发射谱线的特征元素材料。

在大多数中阶梯光栅摄谱仪的设计没有移动部件,导致贷款稳健设计本身并入便携式系统,系统需要在敌对的环境中。系统可以配置为提供方便校准和快速分析使他们适合“在现场”类型的应用程序。

光学布局

图1显示了光学的布局5000年Mechelle摄谱仪设计和或技术。

可以看到,这是一个有一个离轴的设计。与Czerny-Turner设计离轴几何图形将受到畸变,如昏迷妥协的表现,除非设计包括计数器功能的影响。Mechelle有几个光学组件设计最小化畸变的影响。这样可以确保每个波长对应的点都集中在焦平面的输出——一个关键,确保良好的分辨率和b)必须根绝一切最小之间的串扰和光谱污染邻近谱订单。

和或引入了一个专利的设计,介绍了两种校正镜头对这些畸变。

设计的另一个独特的特性是双重部件棱镜的使用而不是常用的单件棱镜的设计。dual-piece棱镜的由两种稍微不同的棱镜折射率分散光线分散在第一个阶段为光谱订单焦palne向上/向下运行,如图2所示。用一个棱镜光谱订单会靠近一个走向NIR光谱范围的区域。dual-prism保持光谱订单分离整个光谱范围,这是很重要的对于minmising光谱之间的串扰影响订单。图2 a和2 b显示光谱级模式的差异与两种不同的棱镜设计- 2单身棱镜和2 b被dual-piece棱镜。

和或dual-piece棱镜的专利设计最小化潜在的相声。订单导致的麻面间隔紧密分布紧密堆积了订单中的可见光和近红外区域。信号属于这两个地区很可能同时触及几个订单,导致鬼线的形成。除此之外,不均匀分布的订单也会导致变量大小的相声。这两个效应影响中阶梯光栅仪器的使用。

和或的双棱镜顺序设计绕过这些问题,均匀扩散的订单足够大的分离命令消除鬼线的可能性,也有助于维持相声小固定数量的1.5 x10-4(测试波长633纳米的激光线)。

分辨率和带通

中阶梯光栅的设计最大的优点之一是,它可以提供一个高分辨率和大同时带通。决议中阶梯光栅系统由CSR =波长/ Resolution@Wavelength定义

因此一个系统配置为一个5000年企业社会责任会决议@ 200海里:5000 = 200 /应用@ 200海里,因此应用@ 200海里= 0.04海里。

中阶梯光栅提供的带通系统主要依赖中阶梯光栅光栅的大小和相机上的中阶梯光栅线入手。通常,这些系统的最大带宽给范围从200纳米到950纳米的一枪。根据设计,还有其他的中阶梯光栅的设计提供了一个较小的范围,即。,从522年到1076海里(和或紧凑的中阶梯光栅技术用于拉曼光谱)或从200纳米到600纳米等。csr也可用在不同的配置取决于所使用的模型,它可以改变从2500年(低分辨率)到40000(高分辨率)。

强度

中阶梯光栅系统可以非常紧凑,通常设计没有任何移动部件,使它们非常适合基于字段的应用程序。bob综合app官网登录这些系统已知部署在线流程确定合金浓度金属炉壁炉,也被用于飞行捕捉从喷气发动机废气的微量元素信息。

中阶梯光栅系统:应用程序

中阶梯光栅系统已经应用了很多年研究光谱为基础,然而,他们没有被广泛用作车尔尼特纳系统。主要原因是早期的模型有一个非常低的吞吐量,F / 10 - F / 12。然而,随着变化中阶梯光栅的设计,F / 6和较低的也可以。考虑到他们能够捕捉大的带通谱~ 750 nm的报道,同时提供高分辨率0.04海里(200海里),这些系统可以被证明是非常方便和灵活的工具对于不同类型的光谱学研究实验室。

首先发现他们使用的中阶梯光栅系统激光诱导击穿光谱(LIBS)bob综合app官网登录应用等离子体的形成是被摄谱仪和发送通常ICCD和组合工作提供基本数据的等离子体。宽光谱范围提供了强有力的优势填词研究员为元素需要确定在目标样本可以属于任何光谱的一部分。强大的等离子体强度足够甚至低吞吐量中阶梯光栅像那些拥有一个F / 12成功检测样品的元素成分。

更新的中阶梯光栅的设计现在市场上提供40 - 60%改善吞吐量超过之前可用设计因此打开门以外的在各种各样的应用程序中使用的中阶梯光栅库,等等bob综合app官网登录拉曼光谱和荧光。

图3:设置用于近红外光谱的原理图拉曼实验使用紧凑的中阶梯光栅的设计和或技术

典型应用中阶梯光bob综合app官网登录栅的这里讨论如下:

• (一)拉曼光谱:近红外拉曼
• (b)中

(一)拉曼光谱:近红外光谱中阶梯光栅摄谱仪拉曼实验在洛杉矶儿童医院和詹姆斯·兰伯特博士使用532 nm和785 nm。在这种情况下使用的光谱仪和或最新的中阶梯光栅的设计被称为紧凑的中阶梯光栅可见。这是一个F / 6仪器CSR 7000,它有一个探测范围从520到1076纳米。

设置用于这两个激光线,如图3所示。785纳米的设置中,我们使用一个威尔第二极管泵浦Ti-Sapphire激发。图4显示了一个放大的部分与785 nm激发光谱获得的。光谱收集5秒曝光和送入摄谱仪通过100µm可见纤维和成TE CCD探测器和或技术称为iDus DV420A-OE冷却,冷却到-60°C和操作在33 khz读出率。

从光谱、环己烷乐队在837 - 885 nm范围和992 - 1020 nm集团都清晰可见。

(c) Micro-Laser诱导击穿光谱:UV-VIS-NIR光谱学µLIBS实验与阿尔伯塔大学的Robert Fedosejevs博士和他的团队。中阶梯光栅光谱仪的性能是用来比较1/3米焦距Czerny-Turner摄谱仪通过µLIBS 2 d表面的映射技术。同步观测µLIBS等离子体的两个系统,两个系统的敏感性进行比较。

图5给出了实验装置。µLIBS等离子体是观察到45度激光轴的一个f / 3.9 Czerny-Turner光谱仪(凸肚MS260i)和f / 7中阶梯光栅光谱仪(和或Mechelle 5000)。Ti:蓝宝石激光(光谱物理飓风)生产800海里,120 fs最大脉冲能量的脉冲~ 80µJ目标。激光是集中使用15 x史瓦西的目标。一个50µm直径光纤(海洋光学Q50-2-UV / VIS)用于一些等离子体发射中阶梯光栅光谱仪和定义中阶梯光栅的入口孔径。

中阶梯光栅加上ICCD(和或iStar DH720-18U-13)与一个增强的响应从500纳米到800纳米,而Czerny-Turner加上ICCD(和或iStar DH734-25F-03)与一个增强的响应从200纳米到500纳米。门延迟使用范围从2到5 ns,门宽度是1µs ICCD都在-10 c的ICCD Czerny-Turner光谱仪使用完全垂直的面元模式的像素读出时间16µs ICCD的中阶梯光栅操作时在成像模式1µs像素读出时间。

中阶梯光栅光谱仪的关键优势之一是极可能被收购的宽带频谱。样品光谱从29µJ拍摄样本Al2024合金提出了图6。给出的光谱宽度是有限的消色差成像镜头用于图像等离子光在光纤。

insets的区域相关的探测和识别沉淀在铝合金(8、9)。使用Czerny-Turner光谱仪只有两个未解决的紧身衣是可见的(8、9)。[9]中概述的过程后,分析了光谱Mg和Mn信噪比。图7给出的结果分析Czerny-Turner观察使用当前设置的4µJ Al2024合金脉冲。相同的分析使用光谱观测到的Mechelle 4µJ照片相同,但使用的所有行中标识的insets图4。这个分析的结果提出了图7 b。

使用多行可用Mechelle提高锰沉淀的检测。结合镁沉淀的检测,结果表明,单枪Al2024表面的二维映射可能在4µJ。多线可用于同时分析高分辨率的高带通和中阶梯光栅的设计和所提供的高分辨率车尔尼特纳设计。

未来的中阶梯光栅

从各种应用程序已被证明的中阶梯光栅的设计,它可以自信地说,这些系统可以bob综合app官网登录成功地用于执行不同类型的光谱技术在实验室。然而,对于这些系统成为普遍接受的解决方案将需要重新设计的几个方面:

1. 中阶梯光栅系统的吞吐量需要改进,使它们与CZ设计可以从一个典型的1/3米(SR303i从和或技术有一个F / 4)。低吞吐量使拉曼应用程序中阶梯光栅系统的使用,限制。bob综合app官网登录
2. 中阶梯光栅系统必须设计来解决应用程序更具体的方式,即。,系统专门为拉曼激发激光线,即。、紫外吸收系统,范围从244纳米到480纳米,VIS -近红外光谱系统,一系列的480到1076纳米。这些设计将使仪器提供整个波长范围较低的订单,而不是进入订单高于50,从而保持较高的仪器的信噪比。
3. 探测器使用的中阶梯光栅系统通常加剧ccd以促进LIBS的研究。然而,库等离子体有典型的生命周期1 - 100µs毫微秒的时间分辨率iccd提供是过火了。更快和更便宜的探测器在较大的时间分辨率应该使用如CMOS或铁路联运ccd代替。这将降低系统成本减半,使中阶梯光栅系统的选择与其他光谱仪器解决方案。

探索我们的相关资产低于…