Спектрометры

Спектрометры
Спектрометры, конфигурируемые пользователем
Конфигурируемые пользователем Спектрометры предназначены для тех, кто желает выбирать
компоненты и функции приобретаемого спектрометра, от диапазона длин волн и типа
дифракционной решётки до размера входной апертуры и типа покрытия детектора.
Спектрометр
Диапазон
детектора*
Связанные Ссылки
+ Возможные конфигурации
USB4000
+ Выбор решётки и спектрального диапазона
Малогабаритный оптоволоконный спектрометр + Диаграммы эффективности решётки
+ Диаграммы ожидаемого разрешения и диапазона
200-1100 нм
HR4000
Спектрометр высокого разрешения
+ Возможные конфигурации
+ Выбор решётки и спектрального диапазона
+ Диаграммы эффективности решётки
+ Диаграммы ожидаемого разрешения и диапазона
200-1100 нм
HR2000+
Спектрометр высокого разрешения
+ Возможные конфигурации
+ Выбор решётки и спектрального диапазона
+ Диаграммы эффективности решётки
+ Диаграммы ожидаемого разрешения и диапазона
200-1100 нм
QE65000
Спектрометр для научных исследований
+ Возможные конфигурации
+ Выбор решётки и спектрального диапазона
+ Диаграммы эффективности решётки
+ Диаграммы ожидаемого разрешения и диапазона
200-1100 нм
NIR-512
Спектрометр для ближней ИК-области
+ Возможные конфигурации
+ Выбор решётки и спектрального диапазона
+ Диаграммы эффективности решётки
900-1700 нм
NIR256-2.1
Спектрометр для ближней ИК-области
и
NIR256-2.5 с расширенным диапазоном
+ Возможные конфигурации
+ Выбор решётки и спектрального диапазона
+ Диаграммы эффективности решётки
900-2100 нм
и
900-2550 нм
* Относится только к детектору. Рабочий диапазон спектрометра определяется выбранной
дифракционной решёткой.
Спектрометры для измерения флуоресценции
Для измерения флуоресценции доступно следующее оборудование.
Спектрометр
Рабочий диапазон
Флуоресцентный спектрометр USB2000-FLG
380–1050 нм
Флуоресцентный спектрометр USB4000-FL
360–1000 нм
Спектрофлуориметр USB4000-FL-450
360–1000 нм
Спектрофлуориметр USB4000-FL-395
360–1100 нм
Спектрометр QE65000, сконфигурированный для измерения флуоресценции
Несколько вариантов
FIA-PMT-FL
Для флуоресцентного анализа в потоке
Зависит от типа установленного
фильтра и источника излучения
Спектрометрические системы и установки
Системы и установки это готовые к использованию спектрометры или полностью собранные
установки, ориентированные на определенный метод измерений (например, флуоресцентный) или
определенное
применение
(например,
измерение
параметров
светодиодов).
Спектрометр
Назначение
Рабочий диапазон
Спектрометр USB4000-UV-VIS
Общего назначения
200-850 нм
Спектрометр USB4000-VIS-NIR
Общего назначения
350-1000 нм
Широкополосный Спектрометр HR4000CG-UV-NIR
Общего назначения,
широкополосный
200-1100 нм
Спектрофотометр CHEM4-UV-VIS
Общего назначения, для учебных
заведений
210-880 нм
Спектрофотометр CHEM4-VIS-NIR
Общего назначения, для учебных
заведений
370-985 нм
Спектрофотометр CHEM4-UV-FIBER
Общего назначения, для учебных
заведений
200-885 нм
Спектрофотометр CHEM4-VIS-FIBER
Общего назначения, для учебных
заведений
430-990 нм
Спектрометр USB-650 Red Tide
Общего назначения, для учебных
заведений
350-1000 нм
Спектрофотометр USB-650-VIS-NIR Red Tide
Общего назначения, для учебных
заведений
370-980 нм
Спектрометры для ближней ИК-области серии DTS на
основе MEMS
Общего назначения, ближняя ИКобласть
0.9-2.5 µm
DTS-PHAZIR-1016 и DTS-PHAZIR-1624 Анализаторы
материалов в ближней ИК-области на основе MEMS
Общего назначения, ближняя ИКобласть
1000-1600 нм и
1600-2400 нм
Многоканальные Системы Process-2000
Управление производственными
процессами
Различные варианты
Система для проточно-инжекционного анализа
FIA-LAB-2500
Поглощение в жидкости
Различные варианты
Малошумящий спектрометр S1024DW
Поглощение в жидкости
Различные варианты
Широкополосная система на базе LIBS-спектрометра
Лазерная индукционная
Спектроскопия
200-980 нм
Спектрометрическая система LIBS-ELITE
Лазерная индукционная
Спектроскопия
200-980 нм
Cпектрометр для научных исследований QE65000
Рамановская cпектроскопия
200-1100 нм
Рамановские спектрометрические системы R-3000
Рамановская cпектроскопия
~200-2700 см
Карманная система для Рамановской спектроскопии
RSL-1
Рамановская cпектроскопия
~200-2700 см
Многомодальный мультиплексный рамановский
спектрометр
Рамановская cпектроскопия
220 см - 2000 см
Установки для измерения параметров светодиодов
Спектрорадиометрический Анализ
Различные варианты
Спектрорадиометрические установки
Спектрорадиометрический Анализ
Различные варианты
Система для рефлектометрии тонких пленок NanoCalc
*
Метрология
Различные варианты
Эллипсометрическая система SpecEl
Метрология
450-900 нм
Система мониторинга плазмы PlasCalc
Метрология
200-1100 нм
Установки для измерения оптического пропускания
Метрология
Различные варианты
Экологический радиометр HydroRad*
Радиометрия
Различные варианты
2
-1
-1
-1
-1
Малогабаритный Оптико-Волоконный спектрометр
USB4000
Мы продали более 85 000 спектрометров для тысяч различных
применений. Мы использовали этот опыт для создания самого
гибкого, универсального и рентабельного спектрометра из когдалибо построенных. USB4000 — ведущий спектрометр последнего
поколения, с линейной матрицей CCD Toshiba с 3648 элементами
для увеличенного отношения сигнал-шум и улучшенной
электроникой для того, чтобы управлять спектрометром и
дополнительными принадлежностями. Стоимость USB4000
начинается от 2199 $. Заказчик может выбирать элементы
оптической схемы, включая фильтры высших порядков и входные
щели, которые доступны для заказа как отдельные линии
продуктов.
•
•
•
•
•
•
•
•
Самый популярный Спектрометр В мире теперь стал ещё лучше
Улучшенная электроника
Упрощенное Программное обеспечение и возможность Горячего Подключения
Различные конфигурации
Типы детекторов
Руководство по установке и эксплуатации
Принадлежности для отбора пробы
Спецификация
Самый популярный Спектрометр в мире теперь стал ещё лучше
Мы перепроектировали USB2000 — самый популярный спектрометр в мире - чтобы внедрить
улучшенный детектор и новую быстродействующую электронику. В модели USB4000 используется
16-битовый аналого-цифровой преобразователь, четыре варианта работы триггера, корректировка
темнового сигнала во время температурных изменений и универсальный разъём с 22 контактами с
восемью программируемыми пользователем линиями ввода-вывода. USB4000 может быть
подключен к компьютеру с операционной системой Linux, Mac или Windows. Модульный USB4000
работает в диапазоне длин волн от 200 до 1100 нм и может быть укомплектован различными
оптическими элементами Ocean Optics, источниками света и оптическими датчиками для создания
специализированных систем
для тысяч различных применений, связанных с измерением
поглощения, пропускания или испускания.
Электронные новинки
Спектрометр USB4000 отличает его улучшенная электроника: 16-битовое разрешение аналогоцифрового преобразователя с функцией автоматического аннулирования (улучшенная коррекция
электрического темнового сигнала); хранение градуировочных коэффициентов в памяти EEPROM
для упрощённого запуска спектрометра; 8 программируемых линий ввода-вывода для управления
периферийными устройствами; электронный оптический затвор для обеспечения времени
интегрирования спектрометра 3.8 миллисекунды — это является удобной особенностью,
служащей для предотвращения насыщения датчика. Кроме того, модель USB4000 имеет
отношение сигнал-шум 300:1 и оптическое разрешение (FWHM) в пределах 0.03-8.4 нм (в
зависимости от выбранной дифракционной решётки и входной апертуры).
Упрощенное Программное обеспечение & Способность Горячего
подключения
USB4000 позволяет производить обмен данными с компьютером через порт USB 2.0 или RS-232.
Уникальные для каждого спектрометра USB4000 данные записаны в чип памяти; программное
обеспечение SpectraSuite считывает эти данные для упрощения процесса установки и горячего
подключения к различным компьютерам, независимо от установленной на них операционной
системы (Linux, Mac или Windows). В случае подключения к компьютеру через порт USB, USB4000
использует питание, обеспечиваемое интерфейсом USB. При наличии компактного дизайна,
3
удобства подключения, передовой электроники и высокой чувствительности сенсора, USB4000
представляет собой следующее за USB2000 поколение оптоволоконных спектрометров, наиболее
часто используемых в мире.
Оптическая конфигурация
Мы понимаем, что Ваша работа уникальна и что Вы хотите, чтобы спектрометр соответствовал
Вашим потребностям. В чем особенность спектрометра USB4000? Это возможность выбора
оптической конфигурации по Вашему желанию. Выберите оптические элементы USB4000: входную
щель, фильтр, дифракционную решётку и детектор. Наши специалисты помогут Вам определить,
какая конфигурация наиболее подходит под Ваши задачи.
Детектор
В модели USB4000 установлен линейный детектор с 3648-элементной ПЗС-матрицей Toshiba
TCD1304AP. Чтобы правильно сконфигурировать Спектрометр USB4000 для Вашй задачи, Вам
необходимо выбрать один из Четырех предлагаемых Вариантов детектора; во всех четырех
вариантах используется один и тот же детектор Toshiba, но с различными покрытиями и шириной
окна. Ваши технические специалисты помогут Вам определить, какой вариант исполнения
наиболее подходит для выполнения Вашей задачи.
Руководство по установке и эксплуатации
Наше Руководство пользователя по USB4000 содержит необходимые инструкции для того, чтобы
настроить, произвести калибровку и выполнить эксперименты с помощью Вашего спектрометра
USB4000.
Выбор необходимых Принадлежностей
При покупке USB4000 Вы можете также выбрать необходимые спектроскопические
принадлежности из полной линии продуктов Ocean Optics. Большинство принадлежностей имеют
оптический разъём SMA 905 для упрощения подключения. Для замены системы ввода излучения
достаточно отсоединить разъём и добавить новые компоненты или принадлежности, такие как
принадлежности для прямого подключения к USB4000, дополнительные источники света,
держатели пробы, фильтродержатели, проточные кюветы, волоконно-оптические зонды и датчики,
коллимирующие линзы, аттенюаторы, диффузные отражатели, интегрирующие сферы и большой
выбор наших оптоволоконных кабелей.
Технические характеристики
Физические параметры
Габаритные размеры:
89.1 x 63.3 x 34.4 мм
Вес:
190 г
Детектор
Тип:
Линейная ПЗС-матрица Toshiba TCD1304AP
Спектральный диапазон:
200–1100 нм
Кол-во пикселов:
3648 пикселов
Размер пиксела:
8 x 200 мкм
Глубина пиксела:
100 000 электронов
Отношение сигнал-шум:
300:1 (при полном сигнале)
Разрешение АЦП:
16 бит
Темновой шум:
50 отсчётов (RMS)
Скорректированная
линейность:
> 99.8 %
4
Продолжение таблицы
Чувствительность:
130 фотонов/отсчет при 400 нм; 60 фотонов/отсчет при 600 нм
Оптическая схема
Тип:
f/4, асимметричная скрещенная Черни-3
Тернера
Фокусное расстояние:
42 мм — входное, 68 мм - выходное
Входная апертура:
Щель 5, 10, 25, 50, 100 или 200 мкм, или волокно (без щели)
Дифракционная решётка:
14 различных вариантов, от УФ до ближней ИК-области
Дифракционная решётка
HC-1:
Нет
Собирающая линза
детектора:
Да, L4
Фильтры DET4:
DET4-200-850; DET4-350-1000
Другие фильтры:
Фильтры Longpass-1
Коллимирущие и
фокусирующие зеркала:
Стандартные или SAG+UPG
Улучшенное УФ-окно:
Да, UV4
Волоконно-оптический
разъём:
SMA 905 для одножильного волоконно-оптического кабеля с
числовой апертурой 0.22
Спектральные характеристики
Диапазон длин волн:
Зависит от типа установленной дифракционной решётки
Оптическое разрешение:
~0.3-10.0 нм FWHM (в зависимости от типа установленной
дифракционной решётки)
Отношение сигнал-шум:
300:1 (при полном сигнале)
Разрешение АЦП:
16 бит
Темновой шум:
50 отсчетов RMS
Время интегрирования:
3.8 мс – 10 с
Динамический диапазон:
2 x 108 (системный), 1300:1 для единичного измерения
Рассеянное излучение:
<0.05 % при 600 нм; 0.10 % при 435 нм
Электроника
Потребление энергии:
250 мА, 5 В.
Скорость передачи данных: Полный спектр передаётся в память каждые 5 мс через порт USB 2.0
Входы/выходы:
Да, 8 программируемых пользователем линий цифрового вводавывода
Аналоговые каналы:
Нет
Автокоррекция нуля:
Да
Совместимый
коммутационный бокс:
Да, HR4-BREAKOUT
Режимы синхронизации:
4 режима
Функция стробирования:
Да
Разъём:
22 контакта
Компьютер
Операционная система:
Windows 98/Me/2000/XP, Mac OS X и Linux для порта USB; любая 32разрядная версия Windows 32-бит для последовательного порта
Обмен данными:
USB 2.0 480 Mbps (совместимый с USB 1.1); RS-232 (2
задействованных провода), 115.2 Кбод
5
Окончание таблицы
Обен данными с
периферийными
устройствами:
SPI (3 задействованных провода); I2C
Советы по использованию последовательного порта: в случае обмена данными с ПК через
последовательный порт, USB4000 требует дополнительного электропитания 5В (кабель не
включен в комплектацию). Кроме того, последовательный порт не поддерживается программным
обеспечением SpectraSuite. Однако, используя входящую в комплект поставки библиотеку Serial
Port Command Set, Вы можете написать свое собственное программное обеспечение, которое
сделает возможным использование последовательного порта.
6
Оптический модуль USB4000
Уникальной особенностью спектрометра USB4000 является возможность конфигурирования
оптической схемы под Ваши задачи. Наши технические специалисты могут помочь Вам выбрать
оптимальные элементы, или Вы можете следовать данному руководству, чтобы выбрать размер
входной апертуры, компоненты сенсора, фильтры, дифракционную решётку и т. д. На диаграмме,
приведённой ниже, показано прохождение света через асимметричную скрещенную схему ЧерниТернера, не имеющую подвижных частей, которые могут подвергнуться износу или сломаться; все
выбранные элементы устанавливаются на свои места во время изготовления прибора.
1
Разъём SMA 905
Свет из волоконно-оптического кабеля попадает в спектрометр через разъём SMA
905. Разъем обеспечивает точное позиционирование конца оптического волокна, а
также является держателем входной щели, поглощающего фильтра и фильтра
оболочечных мод волокна.
2
Неподвижная Входная
щель
(определите размер щели)
Свет проходит через установленныую щель, которая служит входной апертурой.
Щели имеют различную ширину, от 5 до 200 мкм. Чтобы щель была размещена
сразу за концом входного оптического волокна, она установлена непосредственно в
разъёме SMA 905.
3
Поглощающий Фильтр
(дополнительно)
Поглощающий фильтр (если заказан) устанавливается между входной щелью и
фильтром оболочечных мод в разъёме SMA 905. Данный фильтр используется для
устранения эфеектов, связанных со вторыми и третьими порядками решетки, или
для балансировки цвета.
4
Коллимирующее Зеркало
(Выберите стандартное
или SAG+)
Коллимирующее зеркало согласовано с числовой апертурой 0.22 оптического
волокна. Свет, отраженный от этого зеркала, попадает в виде параллельного пучка
на дифракционную решётку. Вы можете заказать установку стандартного зеркала
или специализированного зеркала SAG+ с УФ-поглощением.
5
Дифракционная решётка и
Диапазон Длин волн
(Выберите тип
дифракционной решётки и
начальную длину волны)
Мы устанавливаем дифракционную решётку на платформе, вращение которой
позволяет выбрать стартовую длину волны, определённую Вами. При достижении
заданного значения платформа фиксируется, чтобы устранить механические
смещения или дрейф.
7
6
Фокусирующее Зеркало
(Выберите стандартное
или SAG+)
Это зеркало фокусирует спектры первого порядка в плоскости детектора.
Коллимирующие и фокусирующие зеркала изготавливаются компанией Ocean Optics
самостоятельно, чтобы гарантировать самый высокий коэффициент отражения и
наименьшую засветку. Вы можете решить установить стандартное фокусирующее
зеркало, или зеркало SAG+.
7
Собирающие линзы
детектора L4
(дополнительно)
Эти цилиндрические линзы изготовлены компанией Ocean Optics самостоятельно,
чтобы гарантировать отсутствие аберраций. Они устанавливаются на детектор,
чтобы сфокусировать свет, прошедший через высокую щель, на более короткие
элементы детектора. Это позволяет повысить эффективность собирания света.
8
Детектор
В качестве детектора мы предлагаем линейную ПЗС-матрицу Toshiba TCD1304AP,
состоящую из 3648 элементов. Каждый пиксел реагирует на свет с той длиной
волны, которая попадает на него. Электроника переносит полученный спектр в
программное обеспечение.
9
Переменный фильтр
высших порядков OFLV
(дополнительно)
Эти фильтры производства компании Ocean Optics полностью блокируют свет
второго и третьего порядков, предотвращая его попадание на элементы детектора.
10
Модернизация детектора
UV4
(дополнительно)
При выборе этой опции стандартное окно (BK7) детектора заменяется кварцевым
окном, что позволяет улучшить работу спектрометра в диапазоне <340 нм.
1 Разъём SMA 905
Прецизионный разъём SMA 905 выравнивает оптическое волокно по отношению к входной щели
спектрометра и обеспечивает его концентричность. За отдельную плату, которая включает
стоимость оптического разъёма и рабочей силы, возможна замена стандартного разъёма SMA 905
на любой другой, в зависимости от Вашего выбора. Мы также предлагаем для заказа адаптеры
типов SMA-ST и SMA-FC. Дополнительную информацию по нестандартным разъёмам и адаптерам
вы можете получить по телефону у наших технических специалистов.
2 Неподвижная входная щель
Другой возможностью, доступной при заказе спектрометра USB4000, является
выбор ширины входной щели. Входная щель – это прямоугольное отверстие,
высота которого составляет 1 мм, а ширина лежит в диапазоне от 5 до 200 µm и
определяет количество света, попадающего в оптический модуль. Необходимо
отметить, что наименьшая ширина щели обеспечивает наилучшее оптическое
разрешение. (Для получения дополнительной информации о том, как выбор
ширины входной щели влияет на оптическое разрешение прибора, нажмите сюда).
Входная щель является стационарным элементом и может быть заменена только
нашим техническим персоналом. Вы можете отказаться от установки входной щели, в этом случае
размер входной апертуры будет определяться диаметром оптического волокна.
Тип входной щели
Описание (ширина x высота)
Разрешение (пикселов)
SLIT-5
5 мкм x 1 мм
~5.3
SLIT-10
10 мкм x 1 мм
~5.7
SLIT-25
25 мкм x 1 мм
~7.5
SLIT-50
50 мкм x 1 мм
~11.6
SLIT-100
100 мкм x 1 мм
~21
SLIT-200
200 мкм x 1 мм
~42
8
3 Поглощающий Фильтр
Доступны для заказа поглощающие и блокирующие фильтры; у каждого фильтра
есть полоса пропускания и зона блокирования для ограничения излучения в
определенном диапазоне длин волн, чтобы устранить эффекты второго и третьего
порядков. Эти фильтры устанавливаются между входной щелью и фильтром оболочечных мод в
корпусе разъёма SMA 905.
Модель фильтра
Пропускание
OF1-WG305
> 305 нм
OF1-GG375
> 375 нм
OF1-GG475
> 475 нм
OF1-OG515
> 515 нм
OF1-OG550
> 550 нм
OF1-OG590
> 590 нм
4, 6 Коллимирующие и фокусирующие зеркала
Вы можете заменить стандартные отражающие зеркала с
алюминиевым покрытием производства Ocean Optics на
специализированные зеркала SAG+, которые поглощают УФизлучение и имеют повышенный коэффициент отражения в
видимой и ближней ИК областях спектра, что, в свою очередь,
увеличивает чувствительность спектрометра. Зеркала SAG+ часто
используются для решения задач, связанных с флуоресценцией.
Эти зеркала поглощают почти всё УФ-излучение, ослабляя тем
самым влияние рассеяного возбуждающего излучения при
измерении флуоресценции. В отличие от типичных зеркал с
серебряным покрытием, зеркала SAG+ не подвержены окислению.
Они имеют превосходный коэффициент отражения — >95 % в
видимой и ближней ИК областях спектра.
5 Выбор дифракционной решётки и диапазона длин волн
Для каждого спектрометра можно выбрать один из 14 вариантов дифракционной решётки.
Выбирая ту или иную дифракционную решётку, Вы определяете число штрихов (которое помогает
определить её разрешение), спектральный диапазон (который помогает определить диапазон
длин волн) и угол блеска (который помогает определить самый эффективный диапазон). Щелкните
здесь для выбора дифракционной решётки и длины волны.
Расчетные Диапазоны & Разрешения
На ряде графиков продемонстрированы
спектрометра USB4000.
расчетные
9
Диапазоны
и
Разрешения
Вашего
7 Собирающая линза детектора L4
На рисунке изображён детектор с установленной линзой L4. Эта
цилиндрическая линза производства компании Ocean Optics
обеспечивает безаберрационную работу и установлена на окне
детектора, чтобы сфокусировать свет от высокой щели на более
короткие элементы детектора. Это увеличивает эффективность
собирания света и уменьшает внешнюю засветку. Использование
данной линзы также полезно в конфигурации с оптическим
волокном большого диаметра для применения в условиях низкой освещенности. Стоимость
собирающей линзы L4 составляет 150 $.
8 Детектор: Линейная ПЗС-матрица с 3648 элементами
Чтобы правильно сконфигурировать спектрометр USB4000 для Вашей задачи, необходимо
выбрать один из возможных вариантов детектора, перечисленных в таблице ниже. Ваши
технические специалисты помогут Вам определить, какой детектор наиболее подходит для
решения Ваших задач. В каждом спектрометре USB4000 установлена линейная ПЗС-матрица
Toshiba TCD1304AP, содержащая 3648 элементов. Эффективный диапазон работы детектора
составляет 200–1100 нм, а динамический диапазон 1300:1. Детектора Toshiba имеет электронный
затвор, который предотвращает насыщение.
9 Детектор с фильтром OFLV
Переменные фильтры высших порядков OFLV устанавливаются на окно детектора и устраняют
эффекты второго и третьего порядков. Мы используем запатентованную технологию покрытия для
крепления фильтра на подложку. Фактически, Ocean Optics — единственный изготовитель
компактных спектрометров, которые обеспечивают "чистые" спектры первого порядка. Для
оптического модуля USB4000 существует два варианта сенсора с фильтром OFLV – DET4-3501000 и DET4-200-850.
10 Детектор с модернизированным окном UV4
При выборе детектора с модернизацией окна UV4, стандартное окно BK7 будет заменено
кварцевым окном, которое позволяет увеличить чувствительность спектрометра в диапазоне
200–340 нм. Модель UV4 доступна для заказа в совокупности с оптическим модулем USB4000 с
установленными детекторами DET4-UV и DET4-200-850.
Тип детектора
Описание
DET4-VIS
Детектор Toshiba TCD1304AP, установленный в спектрометре USB4000.
Наиболее подходит для работы с длиной волны выше 400 нм
DET4-UV
Детектор Toshiba TCD1304AP с модернизированным окном UV4.
Наиболее подходит для работы в УФ-диапазоне длин волн.
DET4-350-1000
Детектор Toshiba TCD1304AP с переменным Фильтром высших порядков
OFLV-350-1000; наиболее подходит для работы с использованием
дифракционных решёток №2, №3 или №4.
DET4-200-850
Детектор Toshiba TCD1304AP с модернизированным окна UV4 и
переменным фильтром высших порядков OFLV-200-850. Наиболее
подходит для работы с использованием дифракционных решёток №1
или №2.
Характеристики детектора
Тип
Линейная ПЗС-матрица Toshiba TCD1304AP
10
Спектральный диапазон
200-1100 нм
Кол-во пикселов
3648 пикселов
Размер пикселов
8 x 200 мкм
Глубина пиксела
100 000 электронов
Отношение
сигнал-шум:
300:1 (при полном сигнале)
Разрешение АЦП
16 бит
Темновой шум
50 отсчётов (RMS)
Скорректированная
линейность
> 99.8 %
Чувствительность:
130 фотонов/отсчёт для 400 нм; 60 фотонов/отсчёт для 600 нм
11
Выбор дифракционной решётки и диапазона длин волн:
Оптический модуль "USB"
Для выбора доступно 14 видов дифракционных решёток для каждого
спектрометра. Выбор дифракционной решётки подразумевает
рассмотрение её плотности (которая помогает определить
разрешение), спектрального диапазона (который помогает
определить диапазон длин волн) и длины волны вспышки (которая
помогает определить самый эффективный диапазон работы). В
отличие от других приборов, таких как сканирующие монохроматоры,
в которых используется вращение дифракционной решётки, в
спектрометрах Ocean Optics дифракционная решётка имеет
фиксированное положение и устанавливается на заводепроизводителе, чтобы гарантировать длительную работу и
стабильность. Для каждого спектрометра должна быть определена соответствующая
дифракционная решётка. Мы предлагаем графлёные и голографические дифракционные решетки.
Оба типа представляют собой полимерные копии основной дифракционной решётки. Между
типами дифракционных решёток существует взаимозаменяемость: голографические
дифракционные решётки производят меньше паразитного света, в то время как графлёные
дифракционные решётки имеют более ярко-выраженную отражающую способность, что приводит
к более высокой чувствительности.
Таблица выбора дифракционной решётки
Таблица, приведённая ниже, позволяет Вам с помощью наших технических специалистов выбрать
наиболее подходящую дифракционную решётку. Далее описаны все колонки, содержащиеся в
таблице.
•
Плотности углубления. Плотность углубления (мм-1) дифракционной решётки определяет
её рассеяние, в то время как угол углубления определяет самую эффективную область
спектра. Чем больше плотность углубления, тем больше возможное оптическое
разрешение, но более усеченный спектральный диапазон.
•
Спектральный Диапазон. Рассеивание дифракционной решёткой через линейный
массив; также обозначающийся как «размер» спектра в массиве. Спектральный диапазон
(ширина полосы) является функцией плотности углубления и не изменяется. Когда Вы
выбираете начальную длину волны для спектрометра, Вы добавляете его спектральный
диапазон к стартовой длине волны, чтобы определить диапазон длин волн. Для некоторых
дифракционных решёток, их спектральный диапазон изменяется согласно стартовому
диапазону длин волн. Эмпирическое правило: Чем выше стартовая длина волны, тем
более усеченный спектральный диапазон.
•
Длина волны вспышки. Для графлёных дифракционных решёток — это пиковая длина
волны на графике эффективности. Для голографических дифракционных решёток — это
самая эффективная область длин волн.
•
Лучшая Эффективность (> 30 %). Все графлёные и голографические дифракционные
решётки оптимизируют спектры первого порядка в определенных областях длин волн;
«лучшая» или «самая эффективная» область — это диапазон, где эффективность
достигает значения >30%. В некоторых случаях, дифракционные решётки имеют больший
спектральный диапазон и поэтому преломляют более эффективно. Например,
дифракционная решётка 1 имеет спектральном диапазон 650 нм, но наиболее эффективно
работает в диапазоне от 200 до 575 нм. В этом случае, интенсивность на длине волны
>575 нм будет более низкой из-за менее высокой эффективности дифракционной решётки.
12
Номер
Дифракционной
решётки
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Назначение
Плотность
Углубления
Спектральный
Диапазон
Длина волны
вспышки
Лучшая
Эффективность (>
30 %)
УФ-диапазон
600
650 нм
300 нм
200-575 нм
600
650 нм
400 нм
250-800 нм
600
650 нм
500 нм
350-850 нм
600
625 нм
750 нм
530-1100 нм
1200
300 нм
Голографический
УФ
200-400 нм
1200
200-270 нм
750 нм
500-1100 нм
2400
100-140 нм
3600
50-75 нм
1200
200-270 нм
Голографический
Видимый диапазон
400-800 нм
1800
100-190 нм
Голографический УФ
200-635 нм
1800
120-160 нм
2400
50-120 нм
300
1700 нм
500 нм
300-1100 нм
600
625 нм
1000 нм
650-1100 нм
УФ – Видимая
область
Видимый
диапазон –
цвет
Ближний ИКдиапазон
УФ – Видимый
диапазон
Ближний ИКдиапазон
УФ – Видимый
диапазон
УФ – Видимый
диапазон
Видимый
диапазон Ближний ИКдиапазон
УФ – Видимый
диапазон
УФ – Видимый
диапазон
УФ – Видимый
диапазон
УФ – Видимый
диапазон Ближний ИКдиапазон
Ближний ИКдиапазон
Голографический
УФ
Голографический
УФ
Голографический
Видимый диапазон
Голографический
Видимый диапазон
200-500 нм
290-340 нм
320-720 нм
250-575 нм
Графики эффективности дифракционных решёток
Чтобы посмотреть график эффективности дифракционной решётки и сравнить или сравнить
дифракционные решётки между собой, нажмите на соответствующий номер дифракционной
решётки в крайней левой колонке таблицы или щелкните здесь.
Рассчитанные Диапазоны и Разрешения
Далее приведён ряд графиков, который демонстрирует расчет рабочего диапазона и разрешения
вашего Спектрометра USB4000.
Примечание
Спектральный диапазон дифракционной решётки №13 лежит за пределами отклика ПЗС-матрицы
спектрометра (200–1100 нм). Фактически, в то время как спектральный диапазон спектрометра,
комплектуемого дифракционной решёткой №13, охватывает область 300-1700 нм, сенсор будет
реагировать на свет только в области от 300 до 1100 нм. Существует два других примера с
дифракционной решёткой №13. Во-первых, хотя дифракционная решётка имеет широкий
спектральный диапазон, он не может быть использована для достижения очень высокой
разрешающей способности (FWHM <3.0 нм). Во-вторых, из-за широкого спектрального диапазона
дифракционной решётки, вторичные эффекты, которые характерны для всех дифракционных
решёток, являются намного более трудно устранимыми при использовании order-sorting фильтров
и т.п.
13
Рассчитанные диапазоны работы и разрешение:
оптический модуль USB
Приведённые графические зависимости демонстрируют рассчитанные диапазоны работы и
разрешение Ваших Спектрометров при использовании оптического модуля USB с входной щелью
25 µm и различными дифракционными решётками.
Пример: если стартовая длина волны составляет 250 нм, то диапазон работы составляет ~667 нм,
обеспечивая диапазон длин волн на 250–917 нм и оптическое разрешение 1.34 нм (FWHM).
Дифракционные решётки для оптического модуля USB с плотностью углубления 600 мм1: №1, №2,
№3, №4 и №14.
Пример: если стартовая длина волны составляет 350 нм, то диапазон работы составляет ~310 нм,
обеспечивая диапазон длин волн на 350–60 нм и оптическое разрешение 0.63 нм (FWHM).
Дифракционные решётки для оптического модуля USB с плотностью углубления 1200 мм1: №5,
№6, №9.
14
Пример: если стартовая длина волны составляет 400 нм, то диапазон работы составляет ~190 нм,
обеспечивая диапазон длин волн на 400–590 нм и оптическое разрешение 0.38 нм (FWHM).
Дифракционные решётки для оптического модуля USB с плотностью углубления 1800 мм 1: №10,
№11.
Пример: ели стартовая длина волны составляет 300 нм, то диапазон работы составляет ~140 нм,
обеспечивая диапазон длин волн на 300-440 нм и оптическое разрешение 0.29 нм (FWHM).
Дифракционные решётки для оптического модуля USB с плотностью углубления 2400 мм 1: №7,
№12.
15
Спектрометр с высокой разрешающей способностью
HR4000
Спектрометр с высокой разрешающей способностью
следующего поколения - новая комбинация оптики и
электроники, которая идеальна для решения задач, таких
как исследование характеристик лазеров, измерения
спектральной поглощательной способности газов и
определения атомных эмиссионных линий. HR4000
доступен по цене, начиная от 3999 $.
•
•
•
•
•
•
•
•
Достигаемое оптическое разрешение 0.02 нм
(FWHM)
Электронный оптический затвор предотвращает
насыщение
Встроенный микроконтроллер
Возможность горячего подключения при помощи порта USB
Различные варианты оптического модуля
Руководство по установке и использованию
Принадлежности
Спецификация
Достигаемое оптическое разрешение 0.02 нм (FWHM)
HR4000 - спектрометр нового поколения с высокой разрешающей способностью. HR4000 имеет
встроенную ПЗС-матрицу производства компании Toshiba, состоящую из 3648 элементов, которая
позволяет получить оптическое разрешение 0.02 нм (FWHM). HR4000 работает в диапазоне длин
волн 200-1100 нм, но удельный диапазон и разрешение зависят от выбора конкретной
дифракционной решётки и входной щели. Эта совокупность передовой оптики и электроники
идеальна для решения задач, связанных с определением характеристик лазеров, измерением
спектральной поглощательной способности газов и определением атомных эмиссионных линий.
Электронный оптический затвор
предотвращает насыщение
Время Интегрирования — это параметр, настраиваемый в
нашем программном обеспечении, который определяется
пользователем. Время интегрирования аналогично
скорости оптического затвора фотокамеры: значение,
времени интегрирования является временем, в течение
которого сенсор "смотрит" на поступающие фотоны.
Поскольку у сенсора Toshiba есть электронный оптический
затвор, Вы можете установить через программное
обеспечение минимальное время интегрирования, равное
3.8 миллисекунды, которое позволит вам измерять
переходные процессы, например, лазерные импульсы.
Кроме того, способность спектрометра интегрировать
данные за короткие интервалы времени, устраняет
проблемы насыщения, которые могут произойти при
решении задач с высоким уровнем светимости, таких как
лазерный анализ.
16
Одно из наиболее широко распространённых
применений спектрометра HR4000 - лазерный
анализ. Приведённая на рисунке установка
может быть использована для регистрации
лазерного
пучка,
который
направлен
в
Фотометрическую сферу FOIS-1. Оптическое
волокно собирает свет и посылает его в
спектрометр HR4000.
Встроенный микроконтроллер
Встроенный микроконтроллер спектрометра HR4000 предоставляет Вам значительную гибкость в
управлении прибором и принадлежностями. Через 30-контактный разъём, Вы можете осуществить
все операционные настройки в программном обеспечении: управлять источниками света,
создавать процессы, запрашивать информацию с внешних объектов. У Вас есть доступ к 10
программируемым пользователем цифровым входам/выходам для организации связи с
дополнительным оборудованием; один аналоговый вход и один аналоговый выход; а также
импульсный генератор для вызова триггерных событий на дополнительных устройствах.
(Программирование разъёмов GPIO осуществляется с помощью программного обеспечения
SpectraSuite, OmniDriver или другого совместимого драйвера).
Горячее подключение USB
Обмен данными между HR4000 и компьютером осуществляется по протоколу USB 2.0 или с
помощью последовательного порта RS-232. При использовании последовательного порта для
подключения к персональному компьютеру, требуется дополнительное питание 5В (кабель
питания не включен в комплект поставки). Уникальные данные для каждого спектрометра HR4000
запрограммированы в чип памяти; программное обеспечение SpectraSuite, считывает эти значения
для упрощения процесса установки и горячего подключения к различным компьютерам, не
зависимо от установленной на них операционной системы (Linux, Mac или Windows).
Варианты оптического модуля
Мы понимаем, что Ваша работа уникальна и что Вы хотите, чтобы спектрометр соответствовал
Вашим потребностям. Что делает Спектрометр USB4000 настолько особенным? Это гибкость,
которая позволяет Вам сформировать оптический модуль по Вашему желанию. Выберите
необходимые компоненты оптического модуля HR4000, такие как размер входной апертуры,
принадлежности сенсора, оптический фильтр и дифракционную решётку. Наши специалисты
помогут Вам определить, какая конфигурация наиболее подходит под Ваши задачи.
Руководство по эксплуатации и установке
Наше Руководство пользователя HR4000 содержит необходимые инструкции для того, чтобы
настроить, произвести калибровку и выполнить эксперименты с помощью Вашего спектрометра
HR4000.
Принадлежности
Получите еще более высокое спектральное разрешение Вашего спектрометра HR4000.
Спектральный Адаптер SHA-1 производства компании Spectral Applied Research, которая является
партнёром компании Ocean Optics, улучшает оптическое разрешение спектрометра HR4000 и
обеспечивают оптическое разрешение пикометрического уровня.
Коммутационный модуль HR4-BREAKOUT — это пассивный модуль, который обеспечивает доступ
ко множеству функций, предоставляемых спектрометром HR4000. Коммутационный модуль
обеспечивает работу дополнительных внешних интерфейсов, таких как: внешние триггерные
события, GPIO, управление источниками света, RS-232 и аналоговые входов/выходов.
Спецификации
Физические параметры
Габаритные размеры:
148.6 мм x 104.8 мм x 45.1 мм
Вес:
570 г.
Сенсор
Сенсор:
Линейная ПЗС-матрица Toshiba TCD1304AP
17
Диапазон работы сенсора:
200-1100 нм
Кол-во пикселов:
3648 пикселов
Размер пиксела:
8 µm x 200 µm
Глубина пиксела:
~100 000 электронов
Чувствительность:
130 фотонов/отсчет для 400 нм; 60 фотонов/отсчет для 600 нм
Оптический модуль
Вид исполнения:
f/4, Симметрично пересеченный, Czerny- Turner
Фокусное расстояние:
101.6 мм (входное и выходное)
Входная апертура:
широкие щели 5, 10, 25, 50, 100 или 200 µm или волокно (отсутствие
апертуры)
Варианты дифракционной
решётки:
14 типов, УФ через коротковолновый ближний ИК-диапазон
Дифракционная решётка
HC-1:
обеспечивает диапазон длин волн 200-1050 нм (лучшая
эффективность)
Собирающие линзы
сенсора:
Да, L4
OFLV фильтр:
OFLV-200-1100
Другие варианты фильтра:
Longpass - OF1 фильтры
Коллимирующие и
фокусирующие зеркала:
Стандартные, или SAG+UPG-HR
Модернизированное УФокно:
Да, UV4
Волоконно-оптический
разъём:
SMA 905 для оптико-волоконного кабеля с апертурой, имеющей
численное значение 0.22
Спектральные характеристики
Диапазон длин волн:
В зависимости от типа дифракционной решётки
Оптическое разрешение:
~0.02-8.4 нм FWHM
Соотношение сигнал-шум:
300:1 (при полном сигнале)
Разрешение аналого14 бит
цифрового преобразования:
Темновой шум:
12 среднеквадратических отсчёта
Динамический диапазон:
2 x 10^8 (системный); 1300:1 для единичного измерения
Время интегрирования:
От 3.8 миллисекунд до 10 секунд
Паразитная засветка:
<0.05 % для 600 нм; <0.10 % для 435 нм
Скорректированная
линейность:
> 99.8 %
Электрические характеристики
Потребление энергии:
450 мА, 5В
Скорость передачи данных: Передача полного спектра в память каждые 4 миллисекунды через
порт USB 2.0
Входы/выходы:
Да, 10 цифровых программируемых пользователем каналов данных
GPIOs
Аналоговые каналы:
Один 13-битовый аналоговый вход; один 9-битовый аналоговый
выход
Авто аннулирование:
Нет
Совместимость с
коммутационным боксом:
Да, Коммутационный бокс HR4
18
Триггерные режимы:
4 режима
Функция стробирования:
Да
Задержка импульса:
Нет
Разъём:
30-контактный разъём
Связь с ПК
Поддерживаемые
операционные системы:
Windows 98/Me/2000/XP, Mac OS X и Linux с портом USB; Любая 32битовая ОС Windows с последовательным портом
Компьютерные
интерфейсы:
USB 2.0 480 Мбит/с.; RS-232 (с использованием 2 проводов) 115.2
Кбод
Интерфесы для управления SPI (с использованием 3 проводов); межинтегральная схема I2C
периферийным
оборудованием:
19
Варианты Оптического модуля HR
Ниже приведена схема оптического модуля HR, используемого в спектрометрах HR2000+ и
спектрометрах с высокой разрешающей способностью HR4000. На схеме показан путь
прохождения света через симметричный пересеченный оптический модуль Czerny- Turner, не
имеющий подвижных частей, которые могут подвергнуться износу или сломаться. Все компоненты
устанавливаются на свои места, согласно схеме, во время изготовления прибора. Вам
предоставляется возможность выбора сенсора с оптическим модулем HR, а также выбора
подходящей входной апертуры, принадлежностей сенсора, фильтров, и дифракционных решёток.
Всё это позволяет более эффективно оптимизировать Ваш спектрометр.
1
Разъём SMA 905
Свет из оптико-волоконного кабеля попадает в оптический модуль спектрометра
через стандартный разъём SMA 905. SMA 905 обеспечивает точное
позиционирование концевой части оптического волокна, а также установленной
входной щели, поглощающего фильтра и fiber clad mode aperture..
2
Неподвижная Входная
щель
(определите размер щели)
Свет проходит через установленную щель, которая действует в качестве входной
апертуры. Щели имеют различную ширину: от 5 µm до 200 µm. Чтобы щель была
размещена сразу за концом входного оптического волокна, она установлена
непосредственно в разъёме SMA 905.
3
Поглощающий Фильтр
(дополнительно)
Будучи заказанным, поглощающий фильтр установлен между входной щелью и clad
mode aperture в разъёме SMA 905. Данный фильтр используется для блокировки
вторичных и третичных эффектов, а также для балансировки цвета.
4
Коллимационное Зеркало
(Выберите стандартное
или SAG+)
Коллимационное зеркало соответствует числовой апертуре 0.22 оптического
волокна. Свет отражается от этого зеркала, в качестве параллельного пучка, на
дифракционную решётку. Вы можете решить установить стандартное зеркало или
специализированное зеркало SAG+ с УФ-поглощением.
5
Дифракционная решётка и
Диапазон Длин волн
(Выберите тип
дифракционной решётки и
начальную длину волны)
Мы устанавливаем дифракционную решётку на платформе, вращение которой
позволяет выбрать стартовую длину волны, определённую Вами. При достижении
заданного значения платформа фиксируется, чтобы устранить механические
смещения или дрейф.
20
6
Фокусирующее Зеркало
(Выберите стандартное
или SAG+)
Это зеркало фокусирует спектры первого порядка в плоскости датчика.
Коллимирующие и фокусирующие зеркала выполнены компанией Ocean Optics
самостоятельно, чтобы гарантировать самый высокий коэффициент отражения и
наименьшую засветку. Вы можете решить установить стандартное фокусирующее
зеркало, или зеркало SAG+.
7
Собирающие линзы
сенсора L2, L4
(дополнительно)
Эти цилиндрические линзы выполнены компанией Ocean Optics самостоятельно,
чтобы гарантировать работу без аберраций. Собирающие линзы устанавливаются
на сенсор, чтобы сосредоточить свет, прошедший через широкую щель, на более
узкие элементы сенсора. Это увеличивает эффективность сенсора при собирании
света.
8
Сенсор
(Выберите сенсор Sony
или Toshiba)
Мы предлагаем два варианта сенсора, подходящих для оптического модуля HR; оба
сенсора представляют собой линейные ПЗС-матрицы. Каждый пиксел реагирует на
длину волны света, которая попадает на него. Электроника переносит полный
спектр в программное обеспечение.
9
Переменный OFLV-фильтр
(дополнительно)
Эти фильтры производства компании Ocean Optics полностью блокируют вторичный
и третичный свет от попадания на элементы сенсора.
10
Модернизация Сенсора
UV2 и UV4
(дополнительно)
При выборе этой возможности, стандартное окно (BK7) сенсора заменено
кварцевым окном, что позволяет улучшить работу спектрометра в диапазоне <340
нм.
1 Разъём SMA 905
Специализированный разъём SMA 905 выравнивает оптическое волокно по отношению к входной
щели спектрометра и обеспечивает его концентричность. За отдельную плату, которая включает
стоимость оптического разъёма и рабочей силы, возможна замена стандартного разъёма SMA 905
на любой другой, в зависимости от Вашего выбора. Мы также предлагаем для заказа адаптеры
типов SMA-ST и SMA-FC. Дополнительную информацию по нестандартным разъёмам и адаптерам
вы можете получить по телефону у наших технических специалистов.
2 Неподвижная Входная щель
Другой возможностью, доступной при заказе спектрометра USB4000, является
выбор размера входной апертуры. Входные щели – это прямоугольные
апертуры, высота которых составляет 1 мм, а ширина лежит в диапазоне от 5
до 200 µm и определяет количество света, попадающего в оптический модуль.
Необходимо ответить, что наименьшая ширина щели обеспечивает наилучшее
оптическое разрешение. (Для получения дополнительной информации о том,
как выбор ширины входной щели влияет на оптическое разрешение прибора,
нажмите сюда). Входная щель является стационарным элементом и может быть
заменена только нашим техническим персоналом. Вы можете отказаться от
установки входной щели, в этом случае размер входной апертуры будет
определяться диаметром входного оптического волокна.
21
Тип входной
щели
Описание (ширина x
высота)
HR2000+
(Разрешение, кол-во
пикселов)
HR4000
(Разрешение, кол-во
пикселов)
SLIT-5
5-µm x 1 мм
~1.5
~2.0
SLIT-10
10-µm x 1 мм
~2.0
~3.7
SLIT-25
25-µm x 1 мм
~2.5
~4.4
SLIT-50
50-µm x 1 мм
~4.2
~7.4
SLIT-100
100-µm x 1 мм
~8.0
~14.0
SLIT-200
200-µm x 1 мм
~15.3
~26.8
3 Поглощающий Фильтр
Доступны для заказа поглощающие и блокирующие фильтры; у каждого фильтра
есть полоса пропускания и зона блокирования для ограничения радиации в
определенной области длин волн, одновременно устраняя вторичные и третичные
эффекты. Эти фильтры устанавливаются между входной щелью и clad mode
aperture в переборке разъёма SMA 905.
Модель фильтра
Пропускание
OF1-WG305
> 305 нм
OF1-GG375
> 375 нм
OF1-GG475
> 475 нм
OF1-OG515
> 515 нм
OF1-OG550
> 550 нм
OF1-OG590
> 590 нм
4&
Коллимирующие и фокусировочные зеркала
6
Вы можете заменить стандартные отражающие зеркала с алюминиевым покрытием производства
Ocean Optics на специализированные зеркала SAG+, которые имеют способность поглощать УФизлучение и увеличивают коэффициент отражения в видимой и ближней ИК областях спектра, что,
в свою очередь, увеличивает чувствительность спектрометра. Зеркала SAG+ часто используются
для решения задач, связанных с флуоресценцией. Эти зеркала поглощают почти всё УФизлучение, которое ослабляет эффект рассеяния возбуждения при измерении флуоресценции. В
отличие от типичных покрытых серебром зеркал, зеркала SAG+ не подвержены окислению. Они
имеют превосходный коэффициент отражения - >95 % в видимой и ближней ИК областях спектра.
5 Выбор дифракционной решётки и диапазона длин волн
Для каждого спектрометра можно выбрать один из 14 вариантов дифракционной решётки.
Выбирая ту или иную дифракционную решётку, Вы определяете её плотность (которая помогает
определить её разрешение), её спектральный диапазон (который помогает определить её
диапазон длин волн) и её длину волны вспышки (которая помогает определить самый
эффективный диапазон). Щелкните здесь для выбора дифракционной решётки и длины волны.
22
Предустановленные Диапазоны & Разрешения
На ряде графиков продемонстрированы предустановленные Диапазоны и Разрешения для Вашего
Спектрометра HR4000 или HR2000+.
7 Собирающая линза сенсора L2 и L4
На рисунке изображён сенсор с установленной линзой L4. Эта
цилиндрическая линза производства компании Ocean Optics
обеспечивает безаберрационную работу и установлена на окне
сенсора, чтобы сосредоточить свет от широкой щели на более узкие
элементы сенсора. Это увеличивает эффективность собирания света
и уменьшает внешнюю засветку. Использование данной линзы также
полезно в конфигурации с оптическим волокном большого диаметра
для применения в условиях низкой светимости. Стоимость
собирающей линзы L4 или линзы L2 составляет 150 $.
8 Сенсор: Линейная ПЗС-матрица с 3648/2048 элементами
В спектрометре HR2000+ установлена линейная кремниевая ПЗС-матрица Sony ILX511. В
спектрометре с высокой разрешающей способностью нового поколения модели HR4000
установлена линейная ПЗС-матрица Toshiba TCD1304AP, которая имеет некоторые преимущества
по отношению к матрице Sony. Основным преимуществом является наличие программируемого
пользователем микроконтроллера. Обе матрицы выполнены на кремниевой основе и имеют
эффективный диапазон в области 200-1100 нм, а также одинаковые динамические диапазоны
(1300:1). Между сенсорами есть и некоторые отличия. Например, сенсор Toshiba обладает лучшим
оптическим разрешением. Чувствительность на единицу площади одинакова. Сенсор Toshiba
имеет электронный оптический затвор, который предотвратит перенасыщение сенсора, что делает
возможным анализ переходных событий, таких как лазерные импульсы.
9 Сенсор с фильтром OFLV
Переменные OFLV фильтры устанавливаются на окно сенсора и устраняют вторичные и
третичные эффекты. Мы используем запатентованную технологию покрытия для крепления
фильтра на подложку. Фактически, Ocean Optics - единственный изготовитель компактных
спектрометров, которые обеспечивают "чистые" спектры первого порядка.
10 Сенсор с модернизированным окном UV2 и UV4
При выборе сенсора с модернизацией окна UV2 или UV4, стандартное окно сенсора BK7 будет
заменено кварцевым окном, которое позволяет увеличить производительность спектрометра в
диапазоне 200-340 нм.
Тип сенсора
Описание
Спектрометр
DET4-VIS
Сенсор Toshiba TCD1304AP, установленный в
спектрометре HR4000. Наиболее подходит для работы с
длиной волны выше 400 нм
HR4000
DET4-UV
Сенсор Toshiba TCD1304AP с модернизированным окном
UV4. Наиболее подходит для работы в УФ-диапазоне длин
волн.
HR4000
DET4-200-1100
Сенсор Toshiba TCD1304AP с переменным Фильтром
Variable Longpass Order-sorting OFLV-200-1100 и
модернизированным окном UV4. Используется с
дифракционной решёткой HC1 (600 $)
HR4000
23
Тип сенсора
Описание
Спектрометр
DET2-VIS
Сенсор Sony ILX511, установленный в спектрометре
HR4000. Наиболее подходит для работы с длиной волны
выше 400 нм
HR2000 +
DET2-UV
Сенсор Sony ILX511 с модернизированным окном UV4.
Наиболее подходит для работы в УФ-диапазоне длин волн.
HR2000 +
Спецификация
Датчика
ПЗС-матрица Sony ILX511
ПЗС-матрица Toshiba TCD1304AP
Диапазон работы:
200-1100 нм
200-1100 нм
Кол-во пикселов:
2048
3648
Размер пиксела:
14 µm x 200 µm
8 µm x 200 µm
Глубина пиксела:
~62 500 электронов
100 000 электронов
Чувствительность:
75 фотонов/отсчет для 400 нм;
41 фотонов/отсчет для 600 нм
130 фотонов/отсчет для 400 нм;
60 фотонов/отсчет для 600 нм
Максимальная частота Частота, с которой пикселы
Частота, с которой пикселы
пиксела:
оцифровываются, составляет 2 МГц оцифровываются, составляет 1 МГц
24
Выбор дифракционной решётки и длины волны:
Оптический модуль HR
Для выбора доступно 14 видов дифракционных решёток для
каждого спектрометра. Выбор дифракционной решётки
подразумевает рассмотрение её плотности (которая помогает
определить разрешение), спектрального диапазона (который
помогает определить диапазон длин волн) и длины волны
вспышки (которая помогает определить самый эффективный
диапазон работы). В отличие от других приборов, таких как
сканирующие монохроматоры, в которых используется
вращение дифракционной решётки, в спектрометрах Ocean
Optics дифракционная решётка имеет фиксированное
положение и устанавливается на заводе-производителе, чтобы
гарантировать длительную работу и стабильность. Для каждого спектрометра должна быть
определена соответствующая дифракционная решётка. Мы предлагаем графлёные и
голографические дифракционные решетки. Оба типа представляют собой полимерные копии
основной дифракционной решётки. Между типами дифракционных решёток существует
взаимозаменяемость: голографические дифракционные решётки производят меньше паразитного
света, в то время как графлёные дифракционные решётки имеют более ярко-выраженную
отражающую способность, что приводит к более высокой чувствительности.
Таблица выбора дифракционной решётки
Таблица позволяет Вам с помощью наших технических специалистов выбрать наиболее
подходящую дифракционную решётку. Далее описаны все колонки, содержащиеся в таблице.
Плотности углубления. Плотность углубления (мм 1) дифракционной решётки определяет
её рассеяние, в то время как угол углубления определяет самую эффективную область
спектра. Чем больше плотность углубления, тем больше возможное оптическое
разрешение, но более усеченный спектральный диапазон.
Спектральный Диапазон. Рассеивание дифракционной решёткой через линейный
массив; также обозначающийся как "размер" спектра в массиве. Спектральный диапазон
(ширина полосы) является функцией плотности углубления и не изменяется. Когда Вы
выбираете начальную длину волны для спектрометра, Вы добавляете его спектральный
диапазон к стартовой длине волны, чтобы определить диапазон длин волн. Для некоторых
дифракционных решёток, их спектральный диапазон изменяется согласно стартовому
диапазону длин волн. Эмпирическое правило: Чем выше стартовая длина волны, тем
более усеченный спектральный диапазон.
Длина волны вспышки. Для графлёных дифракционных решёток —это пиковая длина
волны на графике эффективности. Для голографических дифракционных решёток —это
самая эффективная область длин волн.
•
•
•
•
Лучшая Эффективность (> 30 %). Все графлёные и голографические дифракционные
решётки оптимизируют спектры первого порядка в определенных областях длин волн;
"лучшая" или "самая эффективная" область – это диапазон, где эффективность достигает
значения >30 %. В некоторых случаях, дифракционные решётки имеют больший
спектральный диапазон и поэтому преломляют более эффективно. Например,
дифракционная решётка 1 имеет спектральном диапазон 650 нм, но наиболее эффективно
работает в диапазоне от 200 до 575 нм. В этом случае, интенсивность на длине волны >
575 нм будет более низкой из-за менее высокой эффективности дифракционной решётки.
Номер
дифракционной
решётки
Назначение
Плотность
Углубления
Спектральный
Диапазон
Длина волны
вспышки
Лучшая Эффективность
(> 30 %)
HC-1
УФ-диапазон Ближний ИК-диапазон
300
200-1100 нм
переменная
200-1100 нм
H1
УФ-диапазон
600
425-445 нм
300 нм
200-575 нм
H2
УФ-диапазон Видимый диапазон
600
415-445 нм
400 нм
250-800 нм
25
Номер
дифракционной
решётки
Назначение
Плотность
Углубления
Спектральный
Диапазон
Длина волны
вспышки
Лучшая Эффективность
(> 30 %)
H3
Видимый диапазон цвет
600
410-440 нм
500 нм
350-850 нм
H4
Ближний ИК-диапазон
600
410-430 нм
750 нм
530-1100 нм
H5
УФ-диапазон Видимый диапазон
1200
205-220 нм
Голографический
УФ
200-400 нм
H6
Ближний ИК-диапазон
1200
140-195 нм
750 нм
500-1100 нм
H7
УФ-диапазон Видимый диапазон
2400
72-102 нм
Голографический
УФ
200-500 нм
H9
Видимый диапазон Ближний ИК-диапазон
1200
165-205 нм
H10
УФ-диапазон Видимый диапазон
1800
95-140 нм
H11
УФ-диапазон Видимый диапазон
1800
75-135 нм
H12
УФ-диапазон Видимый диапазон
2400
H13
УФ-диапазон Ближний ИК-диапазон
300
800-900 нм
500 нм
300-1100 нм
H14
Ближний ИК-диапазон
600
410-420 нм
1000 нм
650-1100 нм
Голографический
400-800 нм
Видимый диапазон
Голографический
УФ
200-635 нм
Голографический
320-720 нм
Видимый диапазон
Голографический
60-100 нм
250-575 нм
Видимый диапазон
Графики эффективности дифракционных решёток
Чтобы посмотреть график эффективности дифракционной решётки и сравнить или сравнить
дифракционные решётки между собой, нажмите на соответствующий номер дифракционной
решётки в крайней левой колонке таблицы или щелкните здесь.
Рассчитанные Диапазоны и Разрешения
Далее приведён ряд графиков, который демонстрирует расчет рабочего диапазона и разрешения
вашего Спектрометра HR4000, которые зависят от выбранной дифракционной решётки, входной
щели и начальной длины волны.
26
Рассчитанные диапазоны работы и разрешение:
оптический модуль HR
Приведённые графические зависимости демонстрируют рассчитанные диапазоны работы и
разрешение Спектрометра HR4000 и Спектрометра HR2000 при использовании оптического
модуля HR с входной щелью 5 µm и различными дифракционными решётками.
Рассчитанные диапазоны работы и разрешения для Спектрометра HR4000
Пример: ели стартовая длина волны составляет 400 нм, то диапазон работы составляет ~437 нм,
обеспечивая диапазон длин волн на 400–837 нм и оптическое разрешение 0.239 нм (FWHM).
Дифракционные решётки для оптического модуля HR с плотностью углубления 600 мм 1: H1, H2,
H3, H4 и H14.
Пример: ели стартовая длина волны составляет 300 нм, то диапазон работы составляет ~215 нм,
обеспечивая диапазон длин волн на 300-515 нм и оптическое разрешение 0.117 нм (FWHM).
27
Дифракционные решётки для оптического модуля HR с плотностью углубления 1200 мм 1: H5, H6,
H9.
Пример: ели стартовая длина волны составляет 700 нм, то диапазон работы составляет ~90 нм,
обеспечивая диапазон длин волн на 700-790 нм и оптическое разрешение 0.05 нм (FWHM).
Дифракционные решётки для оптического модуля HR с плотностью углубления 1800 мм 1: H10,
H11.
Пример: если стартовая длина волны составляет 600 нм, то диапазон работы составляет ~56 нм,
обеспечивая диапазон длин волн на 600-656 нм и оптическое разрешение 0.029 нм (FWHM).
Дифракционные решётки для оптического модуля HR с плотностью углубления 2400 мм 1: H7, H12.
28
Рассчитанные диапазоны работы и разрешения для Спектрометра HR2000
Пример: если стартовая длина волны составляет 400 нм, то диапазон работы составляет ~437 нм,
обеспечивая диапазон длин волн на 400-837 нм и оптическое разрешение 0.239 нм (FWHM).
Дифракционные решётки для оптического модуля HR с плотностью углубления 600 мм 1: H1, H2,
H3, H4 и H14.
Пример: если стартовая длина волны составляет 600 нм, то диапазон работы составляет ~188 нм,
обеспечивая диапазон длин волн на 600-788 нм и оптическое разрешение 0.137 нм (FWHM).
Дифракционные решётки для оптического модуля HR с плотностью углубления 1200 мм 1: H5, H6,
H9.
29
Пример: если стартовая длина волны составляет 700 нм, то диапазон работы составляет ~90 нм,
обеспечивая диапазон длин волн на 700-790 нм и оптическое разрешение 0.065 нм (FWHM).
Дифракционные решётки для оптического модуля HR с плотностью углубления 1800 мм 1: H10,
H11.
Пример: если стартовая длина волны составляет 600 нм, то диапазон работы составляет ~56 нм,
обеспечивая диапазон длин волн на 600-656 нм и оптическое разрешение 0.039 нм (FWHM).
Дифракционные решётки для оптического модуля HR с плотностью углубления 2400 мм 1: H7, H12.
30
Спектрометр c высокой разрешающей способностью
HR2000+
HR2000+ Спектрометр, объединяющий в себе оптический модуль с
высокой разрешающей способностью, функциональный аналогоцифровой преобразователь с частотой 2 МГц, программируемую
электронику, сенсор на основе линейной ПЗС-матрицы, состоящей
из 2048 элементов, и быстродействующий интерфейс USB 2.0. Эта
инновационная комбинация элементов делает спектрометр самым
быстрым в своём классе и обеспечивает разрешение 0.035 нм
(FWHM). При подключении к ПК при помощи порта USB 2.0,
HR2000+ позволяет пользователю получить и сохранить полный
спектр в память с миллисекундной частотой (1000 полных спектров
за каждую секунду). HR2000+ отлично подходит для химических,
биохимических и других задач, где требуется контроль быстрых
реакций и обеспечение высоких спектральных возможностей.
Стоимость HR2000+ составляет 3499$.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1000 полных спектров в секунду
Программируемый микроконтроллер
Решение задач, связанных с высокой разрешающей способностью
Образец спектра, полученного на HR2000+
Оптический модуль HR с высокой разрешающей способностью
Возможность горячего подключения
Варианты Оптического модуля
Руководство по установке и эксплуатации
Спецификация
1000 Полных Спектров в секунду
HR2000+ использует встроенный аналого-цифровой преобразователь с тактовой частотой 2 МГц,
который позволяет пользователю получить и сохранить полный спектр в память с миллисекундной
частотой в случае, когда спектрометр связан с ПК при помощью интерфейса USB.
Программируемый Микроконтроллер
Встроенный микроконтроллер спектрометра HR2000+ предоставляет Вам значительную гибкость в
управлении прибором и принадлежностями. Через 30-контактный разъём, Вы можете осуществить
все операционные настройки в программном обеспечении: управлять источниками света,
создавать процессы, запрашивать информацию с внешних объектов. У Вас есть доступ к 10
программируемым пользователем цифровым входным/выходным каналам для организации связи
с дополнительным оборудованием; один аналоговый вход и один аналоговый выход; а также
импульсный генератор для вызова триггерных событий на дополнительных устройствах.
(Программирование разъёмов GPIO осуществляется с помощью программного обеспечения
SpectraSuite, OmniDriver или другого совместимого драйвера).
Области применения с необходимостью в высокой разрешающей
способности
HR2000+ отлично подходит для решения задач, где требуется контроль быстрых реакций и
обеспечение высоких спектральных возможностей. К таким задачам можно отнести контроль за
динамикой протеина. Для проведения измерений в области химии и цветоанализа, вероятно,
больше подойдёт спектрометр USB4000.
31
Образец спектра, полученного с помощью спектрометра HR2000+
Эти подробные данные, характеризующие вольфрамовый галогенный источника света LS-1 производства компании Ocean
Optics, были получены на спектрометре HR2000+ с двух миллисекундными интервалами. На графике отображено огромное
количество данных, полученных со скоростью 1000 спектров в секунду с помощью HR2000+.
Оптический модуль HR с высокой разрешающей способностью
Исключительное оптическое разрешение 0.035 нм достигается при использовании оптического
модуля с высокой разрешающей способностью производства компании Ocean Optics. Этот модуль
имеет диаметр 25.4мм, фокусное расстояние 101.6мм, симметрично пересеченный дизайн
Czerny-Turner. HR2000+ работает в диапазоне длин волн 200-1100 нм, но удельный диапазон и
разрешение зависят от конкретной комплектации оптического модуля HR. Вы можете выбрать
подходящую дифракционную решётку, диапазон длин волн, зеркальное покрытие, окно сенсора и
размер входной апертуры. Из сотен принадлежностей создайте собственную систему для решения
поставленных задач.
Горячее подключение
Обмен данными между HR2000+ и компьютером осуществляется по протоколу USB 2.0 или с
помощью последовательного порта RS-232. При использовании последовательного порта для
подключения к персональному компьютеру, требуется дополнительное питание 5В (кабель
питания не включен в комплект поставки). Уникальные данные для каждого спектрометра HR2000+
запрограммированы в чип памяти; программное обеспечение SpectraSuite, считывает эти значения
для упрощения процесса установки и горячего подключения к различным компьютерам.
Варианты Оптического модуля
Мы понимаем, что Ваша работа уникальна и что Вы хотите, чтобы спектрометр соответствовал
Вашим потребностям. Что делает Спектрометр HR2000+ настолько особенным? Это гибкость,
которая позволяет Вам сформировать оптический модуль по Вашему желанию. Выберите
необходимые компоненты оптического модуля HR2000+, такие как размер входной апертуры,
принадлежности сенсора, оптический фильтр и дифракционную решётку. Наши специалисты
помогут Вам определить, какая конфигурация наиболее подходит под Ваши задачи.
Руководство по эксплуатации и установке
Наше Руководство пользователя HR2000+ содержит необходимые инструкции для того, чтобы
настроить, произвести калибровку и выполнить эксперименты с помощью Вашего спектрометра
HR2000+.
32
Оценка
Пункт
Описание
HR2000+
Формируемый пользователем Спектрометр HR2000+. Выберете необходимый сенсор
(из доступных вариантов), и Подходящий оптический модуль для вашего спектрометра
HR2000+
SHA-1
Спектральный Адаптер Hyper для прикладных спектральных исследований
Коммутационный бокс HR4
HR4-BREAKOUT — это пассивный модуль, который обеспечивает доступ ко множеству
функций, предоставляемых спектрометром HR2000+. Коммутационный модуль
обеспечивает работу дополнительных внешних интерфейсов, таких как: внешние
триггерные события, GPIO, управление источниками света, RS-232 и аналоговых
входов/выходов.
SpectraSuite
Программное обеспечение SpectraSuite для управления спектрометром
Спецификация
Физические характеристики
Габаритные размеры:
148.6 мм x 104.8 мм x 45.1 мм
Вес:
570 грамм
Сенсор
Сенсор:
Линейная кремниевая ПЗС-матрица Sony ILX511
Диапазон работы сенсора:
200-1100 нм
Количество пикселов:
2048 пикселов
Размер пиксела:
14 µm x 200 µm
Глубина пиксела:
~62 500 электронов
Чувствительность:
75 фотонов/осчет для 400 нм; 41 фотон/отсчет для 600 нм
Оптический сенсор
Вид исполнения:
f/4, Симметрично пересеченный, Czerny- Turner
Фокусное расстояние:
101.6 мм (входное и выходное)
Входная апертура:
широкие щели 5, 10, 25, 50, 100 или 200 µm или волокно (отсутствие апертуры)
Варианты дифракционной
решётки:
14 типов, УФ через коротковолновый ближний ИК-диапазон
Дифракционная решётка HC-1:
обеспечивает диапазон длин волн 200-1100 нм (лучшая эффективность)
Собирающие линзы сенсора:
Да, L2
OFLV фильтр:
OFLV 200-1100 нм
Другие варианты фильтра:
Longpass - 1 фильтры
Коллимирующие и фокусирующие
зеркала:
Стандартные, или SAG+UPG-HR
Модернизированное УФ-окно:
Да, UV2
Волоконно-оптический разъём:
SMA 905 для оптико-волоконного кабеля с апертурой, имеющей численное значение
0.22
Спектральные характеристики
Диапазон длин волн:
В зависимости от типа дифракционной решётки
Оптическое разрешение:
~0.035-6.8 нм FWHM
Соотношение сигнал-шум:
250:1 (при полном сигнале)
Разрешение аналого-цифрового
преобразования:
14 бит
Темновой шум:
3.2 среднеквадратических отсчёта
Динамический диапазон:
2 x 10^8 (системный); 1300:1 для единичного измерения
Время интегрирования:
1мс - 65с (типичное максимальное время – 20с.)
Паразитная засветка:
<0.05 % для 600 нм; <0.10 % для 435 нм
Скорректированная линейность:
> 99.8 %
33
Электрические характеристики
Потребление энергии:
450мА 5В
Скорость передачи данных:
Передача полного спектра в память каждую 1 миллисекунду через порт USB 2.0,
каждые 15 миллисекунд через порт USB 1.1.
Входы/выходы:
Да, 10 цифровых программируемых пользователем каналов данных GPIOs
Аналоговые каналы:
Один 13-битовый аналоговый вход; один 9-битовый аналоговый выход
Авто аннулирование:
Нет
Совместимость с коммутационным Да, Коммутационный бокс HR4
боксом:
Триггерные режимы:
4 режима
Функция стробирования:
Да
Задержка импульса:
Нет
Разъём:
30-контактный разъём
Связь с ПК
Поддерживаемые операционные
системы:
Windows 98/Me/2000/XP, Mac OS X и Linux с портом USB; Любая 32-битовая ОС
Windows с последовательным портом
Компьютерные интерфейсы:
USB 2.0 480 Мбит/с.; RS-232 (с использованием 2 проводов) 115.2 Кбод
Интерфесы для управления
периферийным оборудованием:
SPI (с использованием 3 проводов); межинтегральная схема I2C
34
QE65000 — Спектрометр научного класса
Спектрометр научного класса QE65000 – это новая
совокупность сенсора, оптического модуля и
высокотехнологичной электроники, которая
предоставляет пользователям высокочувствительную
систему для решения задач с низким уровнем
светимости, таких как флуоресценция, секвенирование
ДНК, астрономия и рамановская спектроскопия.
Квантовая эффективность QE65000 достигает уровня
90% с высоким отношением сигнала к шуму и высокой
скоростью обработки сигнала. Стоимость спектрометра
научного класса модели QE65000 составляет 9999 $.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
До 90% квантовой эффективности
Увеличенная чувствительность системы
Превосходная работа в УФ-диапазоне
Работа при низком уровне светимости
Возможность программирования
Возможность горячего подключения при помощи порта USB
Различные варианты оптического модуля
Руководство по установке и использованию
Спецификация
До 90% квантовой эффективности
QE65000 - самый чувствительный спектрометр производства компании Ocean Optics. Сенсор на
основе ПЗС-матрицы Hamamatsu, использующий быстрое преобразование Фурье, обеспечивает
квантовую эффективность на уровне 90% (определяемую эффективностью преобразования
фотона в к фотоэлектрон). Большинство наших сенсоров представляют собой линейные ПЗСматрицы, но с этим 2-мерным сенсором мы можем суммировать вертикальный ряд пикселов,
который обеспечивает существенное усовершенствование соотношения сигнал-шум (>1000:1) а
также увеличение скорости обработки сигнала по сравнению с линейным ПЗС-матрицами, где
сигналы в цифровой форме добавлены при помощи внешней цепи.
Увеличенная Чувствительность Системы
В спектрометрах на основе линейных ПЗС-матриц количество света, поступающего в оптический
модуль, регулируется шириной щели, а не её высотой. Это связано с тем, что линейная ПЗСматрица не может эффективно собирать свет на всей высоте щели. Но 2-мерный сенсор,
установленный в спектрометра в QE65000, позволяет эффективнее использовать всю высоту
щели и дополнительный свет, что очень улучшает чувствительность системы.
Превосходная работа в УФ-диапазоне
Поскольку сенсор QE65000 имеет утонение с задней стороны (или подсветку с задней стороны),
это обеспечивает его превосходную работу в УФ-диапазоне и не требует дополнительного
покрытия, которое обычно наносится на другие сенсоры для улучшения работы в УФ-диапазоне.
Работа при низком уровне светимости
Спектрометр QE65000 отлично подходит для работы при низком уровне светимости, включая
флуоресценцию, рамановскую спектроскопию, секвенирование ДНК, астрономию и измерение
коэффициентов отражения тонких плёнок. Охлаждаемый (до –15 °C) сенсор обеспечивает низкий
уровень шума и темнового сигнала, что позволяет обнаруживать светимость низкого уровня и
выдерживать долгие времена интегрирования (аналогично скорости оптического затвора камеры)
от 8 миллисекунд до 15 минут, фактически с отсутствием спектрального искажения.
35
На рисунке приведён пример установки для наблюдения флуоресценции с помощью спектрометра QE65000 при
использовании ксеноновой импульсной лампы PX-2 в качестве источника возбуждения и кюветодержателя CUV-ALL для
крепления образцов. Оптическое волокно доставляет возбуждающее световое излучение в кюветодержатель, а
полученное излучение - в спектрометр. Фильтр (например, один из Линейных Переменных Фильтров производства Ocean
Optics) блокирует попадание в спектрометр возбуждающего излучения.
Возможность программирования
Спектрометр QE65000 имеет встроенный программируемый микроконтроллер, который
предоставляет Вам значительную гибкость в управлении прибором и принадлежностями. Вы
получаете доступ к 10 программируемым пользователем цифровым входам/выходам и
импульсному генератору, который служит для вызова триггерных событий на дополнительных
устройствах. Вы можете использовать входы/выходы спектрометра для управления источником
излучения, запуска/остановки процесса, отправления сообщения/предупреждения во время
периода интегрирования спектрометра. Управление операционными параметрами спектрометра
осуществляется с помощью программного обеспечения. Калибровочные коэффициенты,
уникальные для каждого спектрометра, запрограммированы в встроенный чип памяти.
Возможность горячего подключения при помощи порта USB
Обмен данными между QE65000 и компьютером осуществляется по протоколу USB 2.0 или с
помощью последовательного порта RS-232. Уникальные данные для каждого спектрометра
QE65000 запрограммированы в чип памяти; программное обеспечение SpectraSuite считывает эти
значения для упрощения процесса установки и горячего подключения к различным компьютерам,
не зависимо от установленной на них операционной системы (Linux, Mac или Windows).
Варианты Оптического модуля
Мы понимаем, что Ваша работа уникальна и что Вы хотите, чтобы спектрометр соответствовал
Вашим потребностям. Со спектрометром QE65000 Вы можете сформировать оптический модуль
по Вашему желанию. Выберите необходимые компоненты оптического модуля QE65000, такие как
размер входной апертуры, принадлежности сенсора, оптический фильтр и дифракционную
решётку. Наши специалисты помогут Вам определить, какая конфигурация наиболее подходит под
Ваши задачи.
Руководство по эксплуатации и установке
Наше Руководство пользователя QE65000 содержит необходимые инструкции для того, чтобы
настроить, произвести калибровку и выполнить эксперименты с помощью Вашего спектрометра
QE65000.
Спецификация
Физические параметры
Габаритные размеры:
182 мм x 110 мм x 47 мм
Вес:
1050 г.
36
Сенсор
Сенсор:
Hamamatsu S7031-1006
Диапазон работы сенсора:
200-1100 нм
Количество пикселов:
1024 x 58 (1044 x 64 полных пиксела); площадь 24.6 µm2
Размер пиксела:
24.576 µm2
Глубина пиксела:
300 000 электронов/well; ~ 1.5 миллиона электронов/column
Чувствительность:
22 электрона/отсчет для всех длин волн; 250 нм: 26 фотонов/отсчет
Квантовая эффективность:
90% (макс.)
Оптический модуль
Вид исполнения:
f/4, Симметрично пересеченный, Czerny- Turner
Фокусное расстояние:
101.6 мм (входное и выходное)
Входная апертура:
широкие щели 5, 10, 25, 50, 100 или 200 µm или волокно (отсутствие
апертуры)
Варианты дифракционной
решётки:
14 типов, УФ через коротковолновый ближний ИК-диапазон
Дифракционная решётка
HC-1:
обеспечивает диапазон длин волн 200-950 нм
Собирающие линзы
сенсора:
нет
OFLV фильтр:
OFLV-QE
Другие варианты фильтра:
Longpass - 1 фильтры
Коллимирующие и
фокусирующие зеркала:
Только стандартные
Модернизированное УФокно:
Нет
Волоконно-оптический
разъём:
SMA 905 для оптико-волоконного кабеля с апертурой, имеющей
численное значение 0.22
Спектральные характеристики
Диапазон длин волн:
В зависимости от типа дифракционной решётки
Оптическое разрешение:
~0.14-7.7 нм FWHM
Соотношение сигнал-шум:
1000:1 (при полном сигнале)
Разрешение аналого16 бит
цифрового преобразования:
Темновой шум:
3 среднеквадратических отсчёта
Динамический диапазон:
7.5 x 109 (системный), 25000:1 для единичного измерения
Время интегрирования:
От 8 миллисекунд до 15 минут
Паразитная засветка:
<0.08 % для 600 нм; 0.4 % для 435 нм
Скорректированная
линейность:
> 99.8 %
Электрические характеристики
Потребление энергии:
500 мА, 5В (при выключенном охлаждении); 3.5 А, 5В (при
включенном охлаждении)
Скорость передачи данных: Передача полного спектра в память каждые 7 миллисекунд через
порт USB 2.0, каждые 18 миллисекунд через порт USB1.1, каждые
300 миллисекунд через последовательный порт
Входы/выходы:
Да, 10 цифровых программируемых пользователем каналов данных
GPIO (для основных задач)
37
Аналоговые каналы:
Нет
Авто аннулирование:
Да
Совместимость с
коммутационным боксом:
Да, Коммутационный бокс HR4
Триггерные режимы:
4 режима
Функция стробирования:
Нет
Задержка импульса:
Да
Разъём:
30-контактный разъём
Время прогрева:
<5 секунд
Темновой ток:
4000 эл/пиксел/с при 25оC; 200 эл/пиксел/с при 0оC
Связь с ПК
Поддерживаемые
операционные системы:
Windows 98/Me/2000/XP, Mac OS X и Linux с портом USB; Любая 32битовая ОС Windows с последовательным портом
Компьютерные
интерфейсы:
USB 2.0 480 Мбит/с.; RS-232 (с использованием 2 проводов) 115.2
Кбод
Интерфесы для управления SPI (с использованием 3 проводов); межинтегральная схема I2C
периферийным
оборудованием:
Температурные режимы и термоэлектрическое охлаждение
Температурные пределы:
-15оC - +50.0оC; без конденсации влаги
Установка температуры:
Через программное обеспечение; до 40 оC ниже температуры
окружающий среды, до -15 оC
Стабильность
+/-0.1оC от установленной температуры в <2 минут.
38
Варианты Оптической скамьи QE
Ниже приведена схема оптического модуля QE, используемого в спектрометрах QE65000. На
схеме показан путь прохождения света через симметричный пересеченный оптический модуль
Czerny- Turner. Вам предоставляется возможность выбора сенсора подходящей входной
апертуры, принадлежностей сенсора, фильтров и дифракционных решёток. Всё это позволяет
более эффективно оптимизировать Ваш спектрометр.
1
Разъём SMA 905
Свет из оптико-волоконного кабеля попадает в оптический модуль спектрометра
через стандартный разъём SMA 905. SMA 905 обеспечивает точное
позиционирование концевой части оптического волокна, а также установленной
входной щели, поглощающего фильтра и fiber clad mode aperture..
2
Неподвижная Входная
щель
(определите размер щели)
Свет проходит через установленную щель, которая действует в качестве входной
апертуры. Щели имеют различную ширину: от 5 µm до 200 µm. Чтобы щель была
размещена сразу за концом входного оптического волокна, она установлена
непосредственно в разъёме SMA 905.
3
Поглощающий Фильтр
(дополнительно)
Будучи заказанным, поглощающий фильтр установлен между входной щелью и clad
mode aperture в разъёме SMA 905. Данный фильтр используется для блокировки
вторичных и третичных эффектов, а также для балансировки цвета.
4
Коллимационное Зеркало
(Выберите стандартное
или SAG+)
Коллимационное зеркало соответствует числовой апертуре 0.22 оптического
волокна. Свет отражается от этого зеркала, в качестве параллельного пучка, на
дифракционную решётку. Вы можете решить установить стандартное зеркало или
специализированное зеркало SAG+ с УФ-поглощением.
5
Дифракционная решётка и
Диапазон Длин волн
(Выберите тип
дифракционной решётки и
начальную длину волны)
Мы устанавливаем дифракционную решётку на платформе, вращение которой
позволяет выбрать стартовую длину волны, определённую Вами. При достижении
заданного значения платформа фиксируется, чтобы устранить механические
смещения или дрейф.
6
Фокусирующее Зеркало
(Выберите стандартное
или SAG+)
Это зеркало фокусирует спектры первого порядка в плоскости датчика.
Коллимирующие и фокусирующие зеркала выполнены компанией Ocean Optics
самостоятельно, чтобы гарантировать самый высокий коэффициент отражения и
наименьшую засветку. Вы можете решить установить стандартное фокусирующее
зеркало, или зеркало SAG+.
39
7
Сенсор с
термоэлектрическим
охлаждением
Этот 2-мерный сенсор обеспечивает высокую скорость обработки сигнала,
увеличенное соотношение сигнал-шум и превосходную работу в УФ-диапазоне.
Сенсор фактически не производит темнового шума и позволяет увеличить время
интегрирования.
8
Переменный OFLV-фильтр
(дополнительно)
Эти фильтры производства компании Ocean Optics полностью блокируют вторичный
и третичный свет от попадания на элементы сенсора.
1 Разъём SMA 905
Специализированный разъём SMA 905 выравнивает оптическое волокно по отношению к входной
щели спектрометра и обеспечивает его концентричность. За отдельную плату, которая включает
стоимость оптического разъёма и рабочей силы, возможна замена стандартного разъёма SMA 905
на любой другой, в зависимости от Вашего выбора. Мы также предлагаем для заказа адаптеры
типов SMA-ST и SMA-FC. Дополнительную информацию по нестандартным разъёмам и адаптерам
вы можете получить по телефону у наших технических специалистов.
2 Неподвижная Входная щель
Другой возможностью, доступной при заказе спектрометра QE65000, является
выбор размера входной апертуры. Входные щели – это прямоугольные
апертуры, высота которых составляет 1 мм, а ширина лежит в диапазоне от 5
до 200 µm и определяет количество света, попадающего в оптический модуль.
Необходимо ответить, что наименьшая ширина щели обеспечивает наилучшее
оптическое разрешение. (Для получения дополнительной информации о том,
как выбор ширины входной щели влияет на оптическое разрешение прибора,
нажмите сюда). Входная щель является стационарным элементом и может быть
заменена только нашим техническим персоналом. Вы можете отказаться от
установки входной щели, в этом случае размер входной апертуры будет
определяться диаметром входного оптического волокна.
Тип входной щели
Описание
(ширина x высота)
Разрешение,
кол-во пикселов
SLIT-5
5-µm x 1 мм
~2.0
SLIT-10
10-µm x 1 мм
~2.2
SLIT-25
25-µm x 1 мм
~2.6
SLIT-50
50-µm x 1 мм
~3.3
SLIT-100
100-µm x 1 мм
~4.7
SLIT-200
200-µm x 1 мм
~8.9
3 Поглощающий Фильтр
Доступны для заказа поглощающие и блокирующие фильтры; у каждого фильтра
есть полоса пропускания и зона блокирования для ограничения радиации в
определенной области длин волн, одновременно устраняя вторичные и третичные
эффекты. Эти фильтры устанавливаются между входной щелью и clad mode
aperture в переборке разъёма SMA 905.
40
Тип Фильтра
Пропускание
OF1-WG305
> 305 нм
OF1-GG375
> 375 нм
OF1-GG475
> 475 нм
OF1-OG515
> 515 нм
OF1-OG550
> 550 нм
OF1-OG590
> 590 нм
4&
Коллимирующие и фокусировочные зеркала
6
Вы можете заменить стандартные отражающие зеркала с алюминиевым покрытием производства
Ocean Optics на специализированные зеркала SAG+, которые имеют способность поглощать УФизлучение и увеличивают коэффициент отражения в видимой и ближней ИК областях спектра, что,
в свою очередь, увеличивает чувствительность спектрометра. Зеркала SAG+ часто используются
для решения задач, связанных с флуоресценцией. Эти зеркала поглощают почти всё УФизлучение, которое ослабляет эффект рассеяния возбуждения при измерении флуоресценции. В
отличие от типичных покрытых серебром зеркал, зеркала SAG+ не подвержены окислению. Они
имеют превосходный коэффициент отражения - >95 % в видимой и ближней ИК областях спектра.
5 Выбор дифракционной решётки и диапазона длин волн
Для каждого спектрометра можно выбрать один из 14 вариантов дифракционной решётки.
Выбирая ту или иную дифракционную решётку, Вы определяете её плотность (которая помогает
определить её разрешение), её спектральный диапазон (который помогает определить её
диапазон длин волн) и её длину волны вспышки (которая помогает определить самый
эффективный диапазон). Щелкните здесь для выбора дифракционной решётки и длины волны
Предустановленные Диапазоны и Разрешения
На ряде графиков продемонстрированы предустановленные Диапазоны и Разрешения для Вашего
Спектрометра QE65000.
7 Сенсор (утонённый с задней стороны)
Сенсор Hamamatsu S7031-1006 на основе ПЗС-матрицы с быстрым преобразованием Фурье,
установленный в спектрометрах QE65000, обеспечивает квантовый выход на уровне 90% —
определяемый как эффективность преобразования фотона в фотоэлектрон. Датчик с
термоэлектрическим охлаждением обеспечивает низкий уровень шума и темнового сигнала, что
позволяет обнаруживать светимость низкого уровня при использовании увеличенного времени
интегрирования, и, таким образом, достичь широкого динамического диапазона.
S7031 – это 2-мерный массив, который позволяет суммировать пикселы в вертикальной колонке и
фиксировать световое излучение на всей высоте изображения входной щели спектрометра. Это
позволяет улучшить сбор световой энергии и значительно увеличить отношение сигнала к шуму.
Поскольку датчик имеет утонение на задней стороне (или подсвечивается с задней стороны), он
обладает высокой чувствительностью к УФ-излучению и не требует дополнительной
модернизации датчика.
В спектрометрах на основе линейных ПЗС-матриц количество света, поступающего в оптический
модуль, регулируется шириной щели, а не её высотой. Это связано с тем, что линейная ПЗСматрица не может эффективно собирать свет на всей высоте щели. Но 2-мерный сенсор,
установленный в спектрометра в QE65000, позволяет эффективнее использовать всю высоту
щели и дополнительный свет, что очень улучшает чувствительность системы.
41
Сенсор Hamamatsu S7031-1006 на основе ПЗС-матрицы с быстрым преобразованием Фурье
включен в базовую стоимость спектрометра QE65000.
8 Сенсор с фильтром OFLV
OFLV-QE – фильтр, устанавливаемый в спектрометре QE65000, устраняет вторичные и третичные
световые эффекты и используется совместно с дифракционной решёткой HC-1 в диапазоне длин
волн от 200 до 950 нм. Мы используем запатентованную технологию покрытия для крепления
фильтра на подложку окна сенсора. OFLV-QE составляет 250 $.
Спецификации сенсора
Сенсор:
Hamamatsu S7031-1006 на основе ПЗС-матрицы
Диапазон работы
сенсора:
200-1100 нм
Количество пикселов:
1024 x 58 (общее количество 1044 x 64); 24.6 µm2
Площадь пиксела:
активная площадь: 24.576 мм x 1.392 мм
Глубина пиксела:
300 000 электронов/well; ~1.5 млн. электронов/колонка sum well
Чувствительность:
400 нм: 22 электрона/отсчёт; 250 нм: 26 фотонов/отсчёт
Темновой ток:
4000 электрон/пиксел/с при 25°C; 200 электрон/пиксел/с при 0 °C
42
Выбор Дифракционной решётки и длины волны:
Оптический модуль "QE"
Для выбора доступно 14 видов дифракционных решёток для каждого
спектрометра. Выбор дифракционной решётки подразумевает
рассмотрение её плотности (которая помогает определить
разрешение), спектрального диапазона (который помогает определить
диапазон длин волн) и длины волны вспышки (которая помогает
определить самый эффективный диапазон работы). В отличие от
других приборов, таких как сканирующие монохроматоры, в которых
используется вращение дифракционной решётки, в спектрометрах
Ocean Optics дифракционная решётка имеет фиксированное
положение и устанавливается на заводе-производителе, чтобы
гарантировать длительную работу и стабильность. Для каждого
спектрометра должна быть определена соответствующая дифракционная решётка. Мы
предлагаем графлёные и голографические дифракционные решетки. Оба типа представляют
собой полимерные копии основной дифракционной решётки. Между типами дифракционных
решёток существует взаимозаменяемость: голографические дифракционные решётки производят
меньше паразитного света, в то время как графлёные дифракционные решётки имеют более ярковыраженную отражающую способность, что приводит к более высокой чувствительности.
Таблица выбора дифракционной решётки
Таблица, приведённая ниже, позволяет Вам с помощью наших технических специалистов выбрать
наиболее подходящую дифракционную решётку. Далее описаны все колонки, содержащиеся в
таблице.
•
•
•
•
Плотности углубления. Плотность углубления (мм-1) дифракционной решётки определяет
её рассеяние, в то время как угол углубления определяет самую эффективную область
спектра. Чем больше плотность углубления, тем больше возможное оптическое
разрешение, но более усеченный спектральный диапазон.
Спектральный Диапазон. Рассеивание дифракционной решёткой через линейный
массив; также обозначающийся как "размер" спектра в массиве. Спектральный диапазон
(ширина полосы) является функцией плотности углубления и не изменяется. Когда Вы
выбираете начальную длину волны для спектрометра, Вы добавляете его спектральный
диапазон к стартовой длине волны, чтобы определить диапазон длин волн. Для некоторых
дифракционных решёток, их спектральный диапазон изменяется согласно стартовому
диапазону длин волн. Эмпирическое правило: Чем выше стартовая длина волны, тем
более усеченный спектральный диапазон.
Длина волны вспышки. Для графлёных дифракционных решёток — это пиковая длина
волны на графике эффективности. Для голографических дифракционных решёток — это
самая эффективная область длин волн.
Лучшая Эффективность (> 30 %). Все графлёные и голографические дифракционные
решётки оптимизируют спектры первого порядка в определенных областях длин волн;
"лучшая" или "самая эффективная" область — это диапазон, где эффективность достигает
значения >30 %. В некоторых случаях, дифракционные решётки имеют больший
спектральный диапазон и поэтому преломляют более эффективно. Например,
дифракционная решётка 1 имеет спектральном диапазон 650 нм, но наиболее эффективно
работает в диапазоне от 200 до 575 нм. В этом случае, интенсивность на длине волны >
575 нм будет более низкой из-за менее высокой эффективности дифракционной решётки.
Номер
дифракционной
решётки
Назначение
Плотность
Углубления
Спектральный
Диапазон
Длина волны вспышки
Лучшая Эффективность
(> 30 %)
HC-1
УФ – Ближний
ИК-диапазон
300
200-950 нм
переменная
200-950 нм
H1
УФ-диапазон
600
373-390 нм
300 нм
200-575 нм
H2
УФ – Видимый
диапазон
600
365-390 нм
400 нм
250-800 нм
43
Номер
дифракционной
решётки
Назначение
Плотность
Углубления
Спектральный
Диапазон
Длина волны вспышки
Лучшая Эффективность
(> 30 %)
H3
Видимый
диапазон – цвет
600
360-386 нм
500 нм
350-850 нм
H4
Ближний ИКдиапазон
600
360-377 нм
750 нм
530-1100 нм
H5
УФ – Видимый
диапазон
1200
180-193 нм
Голографический
УФ
200-400 нм
H6
Ближний ИКдиапазон
1200
123-170 нм
750 нм
500-1100 нм
H7
УФ – Видимый
диапазон
2400
63-90 нм
Голографический
УФ
200-500 нм
H9
Видимый
диапазон –
Ближний ИКдиапазон
1200
145-180 нм
H10
УФ – Видимый
диапазон
1800
83-123 нм
H11
УФ – Видимый
диапазон
1800
66-120 нм
УФ – Видимый
диапазон
2400
H13
УФ – Ближний
ИК-диапазон
300
750-800 нм
500 нм
300-1100 нм
H14
Ближний ИКдиапазон
600
360-370 нм
1000 нм
650-1100 нм
H12
Голографический
400-800 нм
Видимый диапазон
Голографический
УФ
200-635 нм
Голографический
320-800 нм
Видимый диапазон
Голографический
52-88 нм
250-575 нм
Видимый диапазон
Графики эффективности дифракционных решёток
Чтобы посмотреть график эффективности дифракционной решётки и сравнить или сравнить
дифракционные решётки между собой, нажмите на соответствующий номер дифракционной
решётки в крайней левой колонке таблицы или щелкните здесь.
Рассчитанные Диапазоны и Разрешения
Далее приведён ряд графиков, который демонстрирует расчет рабочего диапазона и разрешения
вашего Спектрометра USB4000.
44
Рассчитанные диапазоны работы и разрешение:
Оптический модуль QE
Приведённые графические зависимости демонстрируют рассчитанные диапазоны работы и
разрешение Ваших Спектрометров при использовании оптического модуля QE с входной щелью 5
µm и различными дифракционными решётками.
Пример: если стартовая длина волны составляет 400 нм, то диапазон работы составляет ~364 нм,
обеспечивая диапазон длин волн 400-764 нм и оптическое разрешение 0.645 нм (FWHM).
Дифракционные решётки для оптического модуля QE с плотностью углубления 600 мм 1: H1, H2,
H3, H4 и H14.
Пример: если стартовая длина волны составляет 600 нм, то диапазон работы составляет ~152 нм,
обеспечивая диапазон длин волн 600-752 нм и оптическое разрешение 0.295 нм (FWHM).
Дифракционные решётки для оптического модуля QE с плотностью углубления 1200 мм 1: H5, H6 и
H9.
45
Пример: если стартовая длина волны составляет 300 нм, то диапазон работы составляет ~112 нм,
обеспечивая диапазон длин волн 300-412 нм и оптическое разрешение 0.226 нм (FWHM).
Дифракционные решётки для оптического модуля QE с плотностью углубления 1800 мм 1: H10,
H11.
Пример: если стартовая длина волны составляет 450 нм, то диапазон работы составляет ~62 нм,
обеспечивая диапазон длин волн 450–512 нм и оптическое разрешение 0.139 нм (FWHM).
Дифракционные решётки для оптического модуля QE с плотностью углубления 2400 мм 1: H7 и
H12.
46