Kata Kunci: VPH Kisi Holografik Fase Padat, Spektrofotometer Transmitansi, Spektrometer Reflektansi, Jalur Optik Czerny-Turner.
1. Ikhtisar
Spektrometer serat optik dapat diklasifikasikan menjadi refleksi dan transmisi, sesuai dengan jenis kisi difraksinya.Kisi difraksi pada dasarnya adalah elemen optik, yang menampilkan sejumlah besar pola dengan jarak yang sama baik di permukaan maupun di dalam.Ini adalah spektrometer serat optik komponen penting.Ketika cahaya berinteraksi dengan kisi-kisi ini, cahaya menyebar ke sudut berbeda yang ditentukan oleh panjang gelombang berbeda melalui fenomena yang dikenal sebagai difraksi cahaya.
Atas: Spektrometer reflektansi diskriminasi (kiri) dan spektrometer transmitansi (kanan)
Kisi-kisi difraksi secara umum diklasifikasikan menjadi dua jenis: kisi-kisi refleksi dan kisi-kisi transmisi.Kisi-kisi refleksi dapat dibagi lagi menjadi kisi-kisi refleksi bidang dan kisi-kisi cekung, sedangkan kisi-kisi transmisi dapat dibagi lagi menjadi kisi-kisi transmisi tipe alur dan kisi-kisi transmisi holografik fase volume (VPH).Artikel ini terutama memperkenalkan spektrometer reflektansi tipe kisi api bidang dan spektrometer transmitansi tipe kisi VPH.
Atas: Kisi refleksi (kiri) dan Kisi transmisi (kanan).
Mengapa sebagian besar spektrometer sekarang memilih dispersi kisi dibandingkan prisma?Hal ini terutama ditentukan oleh prinsip spektral kisi.Jumlah garis per milimeter pada kisi (kerapatan garis, satuan: garis/mm) menentukan kemampuan spektral kisi.Kepadatan garis kisi yang lebih tinggi menghasilkan dispersi cahaya yang lebih besar dengan panjang gelombang berbeda setelah melewati kisi, sehingga menghasilkan resolusi optik yang lebih tinggi.Umumnya, kepadatan alur yang tersedia dan kisi mencakup 75, 150, 300, 600, 900, 1200, 1800, 2400, 3600, dll., yang memenuhi persyaratan untuk berbagai rentang dan resolusi spektral.Sedangkan spektroskopi prisma dibatasi oleh dispersi bahan kaca, dimana sifat dispersi kaca menentukan kemampuan spektroskopi prisma.Karena sifat dispersi bahan kaca terbatas, sulit untuk memenuhi persyaratan berbagai aplikasi spektral secara fleksibel.Oleh karena itu, jarang digunakan dalam spektrometer serat optik mini komersial.
Keterangan: Efek spektral dari kepadatan alur kisi yang berbeda pada diagram di atas.
Gambar tersebut menunjukkan spektrometri dispersi cahaya putih melalui kaca dan spektrometri difraksi melalui kisi.
Sejarah perkembangan kisi-kisi, dimulai dengan "eksperimen celah ganda Young" klasik: Pada tahun 1801, fisikawan Inggris Thomas Young menemukan interferensi cahaya menggunakan eksperimen celah ganda.Cahaya monokromatik yang melewati celah ganda memperlihatkan pinggiran terang dan gelap yang berselang-seling.Eksperimen celah ganda pertama kali memvalidasi bahwa cahaya menunjukkan karakteristik yang mirip dengan gelombang air (sifat gelombang cahaya), sehingga menimbulkan sensasi di komunitas fisika.Selanjutnya, beberapa fisikawan melakukan eksperimen interferensi celah ganda dan mengamati fenomena difraksi cahaya melalui kisi-kisi.Belakangan, fisikawan Perancis Fresnel mengembangkan teori dasar difraksi kisi dengan menggabungkan teknik matematika yang dikemukakan oleh ilmuwan Jerman Huygens, berdasarkan hasil ini.
Gambar tersebut menunjukkan interferensi celah ganda Young di sebelah kiri, dengan pinggiran terang dan gelap bergantian.Difraksi multi celah (kanan), distribusi pita warna pada orde berbeda.
2. Spektrometer Reflektif
Spektrometer refleksi biasanya menggunakan jalur optik yang terdiri dari kisi difraksi bidang dan cermin cekung, yang disebut jalur optik Czerny-Turner.Umumnya terdiri dari celah, kisi api bidang, dua cermin cekung, dan detektor.Konfigurasi ini dicirikan oleh resolusi tinggi, cahaya nyasar rendah, dan throughput optik tinggi.Setelah sinyal cahaya masuk melalui celah sempit, pertama-tama sinyal tersebut dikolimasi menjadi berkas paralel oleh reflektor cekung, yang kemudian menumbuk kisi difraksi planar di mana panjang gelombang penyusunnya didifraksi pada sudut yang berbeda.Terakhir, reflektor cekung memfokuskan cahaya yang didifraksi ke fotodetektor dan sinyal dengan panjang gelombang berbeda direkam oleh piksel pada posisi berbeda pada chip fotodioda, yang pada akhirnya menghasilkan spektrum.Biasanya, spektrometer refleksi juga mencakup beberapa filter penekan difraksi orde kedua dan lensa kolom untuk meningkatkan kualitas spektrum keluaran.
Gambar tersebut menunjukkan spektrometer kisi jalur optik CT tipe silang.
Perlu disebutkan bahwa Czerny dan Turner bukanlah penemu sistem optik ini namun dikenang atas kontribusinya yang luar biasa pada bidang optik—astronom Austria Adalbert Czerny dan ilmuwan Jerman Rudolf W. Turner.
Jalur optik Czerny-Turner secara umum dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis: bersilangan dan tidak dilipat (tipe-M).Jalur optik bersilang/jalur optik tipe-M lebih kompak.Di sini, distribusi simetris kiri-kanan dari dua cermin cekung relatif terhadap kisi bidang, menunjukkan kompensasi timbal balik atas penyimpangan di luar sumbu, sehingga menghasilkan resolusi optik yang lebih tinggi.Spektrometer serat optik SpectraCheck® SR75C menggunakan jalur optik tipe M, mencapai resolusi optik tinggi hingga 0,15nm dalam rentang ultraviolet 180-340 nm.
Atas: Jalur optik tipe silang/jalur optik tipe diperluas (tipe M).
Selain jeruji api datar, ada juga jeruji api yang cekung.Kisi api cekung dapat dipahami sebagai gabungan cermin cekung dan kisi.Oleh karena itu, spektrometer kisi api cekung hanya terdiri dari celah, kisi api cekung, dan detektor, sehingga menghasilkan stabilitas yang tinggi.Namun, kisi api cekung menetapkan persyaratan pada arah dan jarak cahaya yang terdifraksi, sehingga membatasi pilihan yang tersedia.
Atas: Spektrometer kisi cekung.
Waktu posting: 26 Des-2023