키워드: VPH 고체상 홀로그램 격자, 투과 분광 광도계, 반사 분광계, Czerny-Turner 광학 경로.
1. 개요
광섬유분광기는 회절격자의 종류에 따라 반사형과 투과형으로 분류된다.회절 격자는 기본적으로 표면이나 내부에 동일한 간격으로 배치된 수많은 패턴을 특징으로 하는 광학 요소입니다.이는 중요한 구성 요소인 광섬유 분광계입니다.빛이 이러한 격자와 상호 작용할 때 빛 회절이라는 현상을 통해 서로 다른 파장에 의해 결정되는 뚜렷한 각도로 분산됩니다.
위: 식별 반사 분광계(왼쪽) 및 투과 분광계(오른쪽)
회절 격자는 일반적으로 반사 격자와 투과 격자의 두 가지 유형으로 분류됩니다.반사 격자는 평면 반사 격자와 오목 격자로 더 나눌 수 있고, 투과 격자는 홈형 투과 격자와 VPH(체적 위상 홀로그램) 투과 격자로 세분할 수 있습니다.이 기사에서는 주로 평면 블레이즈 격자형 반사 분광계와 VPH 격자형 투과형 분광계를 소개합니다.
위: 반사 격자(왼쪽) 및 투과 격자(오른쪽).
현재 대부분의 분광계가 프리즘 대신 격자 분산을 선택하는 이유는 무엇입니까?이는 주로 격자의 스펙트럼 원리에 의해 결정됩니다.격자의 밀리미터당 라인 수(선 밀도, 단위: 라인/mm)에 따라 격자의 스펙트럼 성능이 결정됩니다.격자 선 밀도가 높을수록 격자를 통과한 후 다양한 파장의 빛이 더 많이 분산되어 광학 해상도가 높아집니다.일반적으로 사용 가능한 격자 홈 밀도에는 75, 150, 300, 600, 900, 1200, 1800, 2400, 3600 등이 포함되며 다양한 스펙트럼 범위 및 해상도에 대한 요구 사항을 충족합니다.프리즘 분광법은 유리 재료의 분산에 의해 제한되며, 유리의 분산 특성이 프리즘의 분광 능력을 결정합니다.유리 재료의 분산 특성은 제한되어 있으므로 다양한 스펙트럼 응용 분야의 요구 사항을 유연하게 충족하는 것이 어렵습니다.따라서 상업용 소형 광섬유 분광계에는 거의 사용되지 않습니다.
캡션: 위 다이어그램에서 다양한 격자 홈 밀도의 스펙트럼 효과.
그림은 유리를 통한 백색광의 분산 분광법과 격자를 통한 회절 분광법을 보여줍니다.
격자의 발전 역사는 고전적인 "영의 이중 슬릿 실험"에서 시작됩니다. 1801년 영국의 물리학자 토마스 영(Thomas Young)은 이중 슬릿 실험을 통해 빛의 간섭을 발견했습니다.이중 슬릿을 통과한 단색광은 밝고 어두운 무늬가 교대로 나타나는 것으로 나타났습니다.이중 슬릿 실험을 통해 빛이 물결파와 유사한 특성(빛의 파동성)을 나타냄이 처음으로 검증되어 물리학계에 센세이션을 일으켰습니다.이후 몇몇 물리학자들은 다중 슬릿 간섭 실험을 수행하고 격자를 통해 빛의 회절 현상을 관찰했습니다.나중에 프랑스 물리학자 프레넬은 독일 과학자 호이겐스가 제시한 수학적 기술을 결합하여 이러한 결과를 바탕으로 격자 회절의 기본 이론을 개발했습니다.
그림은 왼쪽에 밝고 어두운 무늬가 번갈아 나타나는 영의 이중 슬릿 간섭을 보여줍니다.다중 슬릿 회절(오른쪽), 다양한 차수의 컬러 밴드 분포.
2. 반사 분광계
반사 분광계는 일반적으로 Czerny-Turner 광학 경로라고 하는 평면 회절 격자와 오목 거울로 구성된 광학 경로를 사용합니다.일반적으로 슬릿, 평면 블레이즈 격자, 두 개의 오목 거울 및 검출기로 구성됩니다.이 구성은 높은 해상도, 낮은 미광 및 높은 광학 처리량을 특징으로 합니다.광 신호가 좁은 슬릿을 통해 들어간 후, 먼저 오목 반사경에 의해 평행 빔으로 시준되고, 그런 다음 구성 파장이 서로 다른 각도로 회절되는 평면 회절 격자에 부딪힙니다.마지막으로, 오목 반사경은 회절된 빛을 광검출기에 집중시키고, 서로 다른 파장의 신호는 포토다이오드 칩의 서로 다른 위치에 있는 픽셀에 의해 기록되어 궁극적으로 스펙트럼을 생성합니다.일반적으로 반사 분광계에는 출력 스펙트럼의 품질을 향상시키기 위해 일부 2차 회절 억제 필터와 컬럼 렌즈도 포함되어 있습니다.
그림은 크로스형 CT 광로 격자 분광계를 보여줍니다.
Czerny와 Turner는 이 광학 시스템의 발명가는 아니지만 광학 분야에 뛰어난 공헌을 한 오스트리아 천문학자 Adalbert Czerny와 독일 과학자 Rudolf W. Turner로 기념됩니다.
Czerny-Turner 광학 경로는 일반적으로 교차 유형과 펼쳐진 유형(M 유형)의 두 가지 유형으로 분류될 수 있습니다.교차 광 경로/M형 광 경로가 더 컴팩트합니다.여기서 평면 격자에 대한 두 개의 오목 거울의 좌우 대칭 분포는 축외 수차의 상호 보상을 나타내어 더 높은 광학 해상도를 제공합니다.SpectraCheck® SR75C 광섬유 분광기는 M형 광학 경로를 사용하며 180-340nm의 자외선 범위에서 최대 0.15nm의 높은 광학 분해능을 달성합니다.
위: 교차형 광로/확장형(M형) 광로.
또한 평평한 블레이즈 격자 외에 오목한 블레이즈 격자도 있습니다.오목 블레이즈 격자는 오목 거울과 격자의 조합으로 이해될 수 있습니다.따라서 오목 블레이즈 격자 분광기는 슬릿과 오목 블레이즈 격자, 검출기만으로 구성되어 안정성이 높다.그러나 오목한 블레이즈 격자는 입사 회절광의 방향과 거리에 대한 요구 사항을 설정하여 사용 가능한 옵션을 제한합니다.
위: 오목 격자 분광계.
게시 시간: 2023년 12월 26일