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微小型光谱仪在激光波长测量中的应用 光谱仪技术指标

时间:2020-07-29    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
摘要:随着激光在工业加工、通信、测量、以及医疗科研等众多领域越来越广泛的应用,方便快捷的测量激光器波长也正成为一种迫切的需求。本文以荷兰Avantes公司的微型光纤光谱仪AvaSpec-2048为例,介绍微型光谱仪在测量激光波长方面的应用。

1.引言

目前测量激光波长参数的仪器大致分为三类,一类是波长计,功能简单,操作方便,精度也比较高,但是一般只能读出波长数据,当激光器是多波长或者光谱较宽时,测量有可能不准确;一类是扫描FP腔,主要是研究激光器的光谱形状,一般不给出波长的绝对数值;还有一类就是光谱仪,它给出激光的绝对波长值也给出激光光谱的形状。本文将以Avantes公司的微型光纤光谱仪AvaSpec2048为例,介绍微型光谱仪在测量激光波长方面的应用。

2.1 仪器原理

荷兰Avantes公司的AvaSpec2048光纤光谱仪,采用对称式光路设计,焦距75mm,包括光纤接头(标准SMA接口,也可以选择其它类型的接口)、准直镜、衍射光栅、聚焦镜和Sony ILX554型2048像素线阵CCD探测器,测量波长范围2001100nm,最高分辨率0.04nm,提供USB1.1 或USB2.0 接口、RS232接口和I/O外触发接口。


图1 AvaSpec2048FT光谱仪的光学平台

2.2 性能介绍

2.2.1 外触发功能

AvaSpec2048FT型光谱仪可以工作在连续测量状态,也可以工作在外触发模式下。当时用外触发模式时,在接受外触发信号之后1.3微秒开始测量。在开始测量的同时,光谱仪还可以输出一个TTL信号来触发其他光源,比如脉冲激光器或者氙灯等。这一点在测量脉冲激光器波长测量,尤其时激光重复频率比较低时(比如每秒钟1次)非常有用。此外,在AvaSoftFull软件还可以设置光谱仪输出TTL信号与开始测量光谱之间的时间延迟,延迟时间从42ns到2.7ms可调。


图2 AvaSpec2048FT
光谱仪外触发时序图

t1= 从收到外触发信号到发出TTL电平, 1.3us
t2=从发出TTL 电平到开始测量, 42ns– 2.7ms 可调,步长42ns
tint= 积分时间, 2.0ms – 60sec可调

2.2.2 多通道间同步采样

AvaSpec2048光谱仪可以配置成双通道或多通道(USB1.1 平台较多8 个通道,USB2.0 平台较多128通道),整台光谱仪采用主从电路板控制,各通道间可实现真正意义上的同步数据采集。


图3 AvaSpec2048FT8八通道光谱仪

由于每个通道均包括一个独立的光学平台,各通道的光谱分辨率和光谱范围都可以灵活选择。我们既可以选择多个通道覆盖全部的200~1100nm波长范围,也可以只覆盖紫外部分、可见或近红外部分,如何选择完全取决于用户的兴趣和需要。比如绿光激光器用户可以选择覆盖532nm和1064nm两个波长附近的波段就足够了。这样就在很经济的成本下获得了足够的分辨率。

2.2.3 强大的历史通道功能

在AvaSoftFULL软件中的History功能,使我们可以很方便的监视激光波长、幅值、波峰数目等参数随时间的变化,甚至我们还可以自定义一些参量,并观察它们随时间的变化。同时,USB2平台的光谱仪还附带了模拟和数字输出,这些模拟和数字输出口的值可以对应于History中定义的函数。

2.3 测量方法

测量激光波长是光谱仪较为简单的一项应用。使用时只要安装软件AvaSoftFULL使用USB线或RS232线缆将光谱仪与计算机连接使用光纤将待测光信号耦合进光谱仪,运行软件就可以得到光谱数据。

2.3.1 连续激光器

对于连续激光器来说,测量尤为简单。运行软件后,设置合适的积分时间,如下图所示,就可以得到一个合适的光谱图。下图-4是一个日光灯光谱。


图4

为了使测量的激光峰值波长更为准确,需要正确的设置Setup 下的Smoothing and Spline 参数,具体可以按照软件手册中的说明操作。在测量激光时应该注意的是,由于激光功率都很强,一般不直接把激光耦合进光纤,而是将激光打在一个屏上,使用光纤接受从屏散射的一点光就可以了。

2.3.2脉冲激光器

对于重复频率比较高(比如100次/秒以上)的脉冲激光,可以使用把它当成一个连续激光来测量。而重复频率比较低,或者个别的需要测量单脉冲的情况下,为了准确地和脉冲同步,光谱仪可以工作在外触发模式下。如下图-5所示。

在外触发模式下,我们可以选择上升沿触发(Edge Triger),也可以选择高电平触发(Level Triger),在上升沿触发模式下,只要光谱仪的触发管脚(DB15的第4管脚或者DB26的第6管脚)接收到一个上升沿后1.3μs光谱仪开始一次测量;而使用高电平触发则只要触发管脚是高电平,光谱仪就一直不断的测量。

2.3.3监测激光波长随时间变化

要监测激光波长随时间的变化,需要首先在History > Function Entry 中如图-6 设置参数。然后选择History > Start Measuring就可以看到激光波长随时间变化的曲线了。

4.结 论

使用AvaSpec2048光谱仪进行激光波长测量,具有功能强大,性价比高、测量精度高、测量速度快、操作简单等特点,而且体积小巧,方便集成到系统中进行在线监测。
近红外光谱仪的优缺点

    近红外光谱技术(NIR)是90年代以来发展快、引人注目的分析技术之一。随着NIR分析方法的深入应用和发展,已逐渐得到大众的普遍接受和的认可。

    近几年,随着化学计量学、光纤和计算机技术的发展,近红外光谱分析技术正以惊人的速度应用于包括农牧、食品、化工、石化、制药、烟草等在内的许多领域,为科研、教学以及生产过程控制提供了一个十分广阔的使用空间。

 

    近红外光谱仪的优点

    1、分析速度快,一般分析一个样品的时间约为1分钟。

    2、不需要对样品进行化学处理,分析步骤简单。

    3、无消耗品,无环境污染,不破坏样品,经济。

    4、一次测试能够同时得到多种成分或指标,甚至开发多种新指标而没有"通道"限制。

    5、分析结果精确度比湿化学方法高,因为仪器具有优异的稳定性,高重现性,操作环节少,所以数据更可靠。

    6、仪器用途广泛,能够放到现场使用,甚至能够在线实时检测。

    7、可检测的样品广泛,通常是固态的片烟、烟丝或粉末,也可以是液态,还可开发检测其他辅料的方法。在真假鉴别方面也取得了进展。

    8、可透过玻璃或塑料袋直接测量样品。

    9、通过模型传递,实现多用户采用同一检测基准,消除了个体差异,使数据更有说服力。

    10、操作简单,对人员素质无特殊要求。

    滤光片型近红外光谱仪器以滤光片作为分光系统,即采用滤光片作为单色光器件。

    滤光片型近红外光谱仪器可分为固定式滤光片和可调式滤光片两种形式,其中固定滤光片型的仪器时近红外光谱仪比较早的设计形式。

    仪器工作时,由光源发出的光通过滤光片后得到一宽带的单色光,与样品作用后到达检测器。

    该类型仪器优点是:仪器的体积小,可以作为专用的便携仪器;制造成本低,适于大面积推广。

    该类型仪器缺点是:单色光的谱带较宽,波长分辨率差;对温湿度较为敏感;得不到连续光谱;不能对谱图进行预处理,得到的信息量少。故只能作为较低档的专用仪器。

标签: 近红外光谱仪
近红外光谱仪 近红外光谱仪的优缺点_近红外光谱仪

红外光谱仪是利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性,进行分子结构和化学组成分析的仪器。红外光谱仪通常由光源,单色器,探测器和计算机处理信息系统组成。

赛默飞红外光谱仪IS5

红外光谱仪的使用方法:

1. 打开主机电源。

2. 打开电脑,双击FT-IR软件。

3. 进行联机,联机成功后,点击OK推出。 

4. 按上图指示的次序依次点击 

    1)SETUP,点击OK退出。

 2)BACKGROUND,点击OK,系统扫描完指定次数的背景。 将试样插入样品架。

 3)SCAN,系统按指定次数对样品进行扫描。 

5. 谱图处理

 1)扫描完成后,对谱图名可以进行修改。 

    2)如果需要打印,点击FILE——PRINT即可。

6. 试样测试完成后,首先应退出FT-IR软件,关闭电脑,zui后关闭主机电源。 

7. 仪器使用的注意事项:

 1)保持室内环境相对湿度在50%以下。KBr窗片和分束器很容易吸潮,为防止潮解,务必保持室内干燥。同时操作的人员不宜太多,以防人呼出的水气和CO2影响仪器的工作。

 2) 维持室内温度相对稳定。温差变化太大,也容易造成水气在窗片上凝结。 

   3)如果条件允许,建议定期对仪器用N2进行吹扫。 

   4)尽量不要搬动仪器,防止精密仪器的剧烈震动。


 



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