Aunque en los ejemplos siguientes se utilizan lentes, se prefieren espejos cóncavos de superficie frontal recubiertos para la región espectral preferida. Un recubrimiento como el aluminio es altamente reflectante desde 170 nm hasta el infrarrojo cercano, mientras que los vidrios corona y de sílex empiezan a perder eficiencia de transmisión rápidamente por debajo de 400 nm. Los "dobletes acromáticos" se cementan rutinariamente con resinas absorbentes de UV y sus recubrimientos antirreflejantes suelen discriminar contra los UV por debajo de 425 nm (esto se debe a que estos objetivos se usan a menudo en cámaras donde la película fotográfica puede ser muy sensible a los rayos UV).
Si hay que usar lentes en el azul a UV, entonces elige singletes de cuarzo sin recubrimiento o dobletes con espacio de aire.
Un sistema monocromador típico con una ranura fija de salida y un detector.
AS - tope de apertura
L1 - objetivo 1
G1 - rejilla 1
M1 - espejo 1
M2 - espejo 2
p - distancia del objeto a la lente L1
q - distancia de imagen desde el objetivo L1
F - distancia focal del objetivo L1
d - la apertura clara del objetivo (L1 en el diagrama)
El diagrama anterior muestra un sistema monocromador típico con una ranura de salida fija y un detector, sin embargo, todo lo que sigue es igualmente aplicable a un espectrógrafo.
Esta ecuación de la lente:
Aumento (m):
Para simplificar, se utiliza el diámetro de una óptica o el de su tope de apertura (AS) (suponiendo que esté muy cerca de la propia óptica) para determinar el valor f/. En cuyo caso, las ecuaciones (4) y (23) se simplifican a:
Monta los componentes anteriores de modo que el haz láser actúe como eje óptico que pasa primero por dos aberturas estenopeicas, seguida por el monocromador y finalmente por la tercera abertura estenopeica.
La óptica externa y la fuente se colocarán finalmente en el eje óptico definido por las aberturas estenopeicas y el haz láser. Coloca las aberturas estenopeicas para que se puedan añadir las lentes, etc., sin molestarlas.
Nota: A veces puede preferirse la iluminación inversa cuando el láser pasa primero por la rendija de salida y avanza por todas las ópticas hasta iluminar la fuente de luz. La alineación de los componentes es un proceso iterativo. El objetivo es que el haz láser pase por el centro de cada rendija y golpee el centro de cada elemento óptico. Los siguientes pasos logran esto:
Si una fuente de luz, como una muestra o una lámpara de calibración, se va a enfocar en la rendija de entrada de un espectrómetro, entonces:
La fuente emisora es más ancha que la anchura de la rendija de entrada para un paso de banda requerido.
La mayoría de los espectrómetros comerciales operan entre f/3 y f/15, pero los diagramas que siguen usan planos consistentes con f/3 y todos los cálculos asumen f/6.
En los ejemplos siguientes, la lente (L1) utilizada es una única lente fina de 100 mm de distancia focal (para un objeto en infinito) y 60 mm de diámetro.
El valor f/ out de las ópticas de entrada debe ser igual al valor f/in del monocromador.
Si es necesario, se debe usar un tope de apertura para ajustar el diámetro de la óptica de entrada.
Recuerda, al calcular el diámetro de los topes de apertura, rellenar ligeramente por debajo de la óptica del espectrómetro para evitar reflejos dispersos dentro de la carcasa del espectrómetro.
Ejemplo 1 (Fig. 36)
La fuente emisora es más ancha que la anchura de la rendija de entrada para un paso de banda requerido.
Calcular el ancho de la rendija de entrada para el paso de banda adecuado (Ecuación 3-9). Para este ejemplo, sea el ancho de la rendija de 0,25 mm.
Objeto de ejemplo: una fibra de 0,05 mm de diámetro del núcleo y NA de 0,25.
El objeto emite luz a f/2 (NA = 0,25). Espectrómetro = f/6.
Tamaño proyectado de la imagen de la fibra que sería acomodada por el sistema (dado por el ancho de la rendija de entrada) = 0,25 mm.
Calcula la ampliación para rellenar la rendija de entrada.
m = tamaño de imagen/tamaño de objeto = 0,25/0,05 = 5,0.
Por lo tanto, q/p = 5, q = 5p.
Sustituyendo en la lente las ecuaciones 3-16 da p = 120 mm y q = 600 mm.
Para calcular d, la luz debe recogerse en f/2 y proyectarse en f/6 para llenar perfectamente la red.
Por lo tanto, p/d = 2, d = 120/2 = 60 mm.
Por lo tanto, registro de apertura = diámetro completo de L1.
Proyección f/valor = 600/60 = 10.
En otras palabras, la rejilla del monocromador, aunque recibe la luz recogida en f/2, está subllenada por el cono proyectado en f/10. Toda la luz que podría haberse recogido ya ha sido recogida y no es posible mejorar más.
Ejemplo 2
Sin embargo, si la fibra emitía luz a f/1, la recogida de luz podría mejorarse aún más usando una lente en la misma configuración, pero de 120 mm de diámetro. Sin embargo, esto produciría una salida f /valor de
600/120 = f /5
Como esto supera el f/6 del espectrómetro, la máxima captación de luz del sistema se produciría mediante una lente con diámetro:
de este modo, la tensión de la colección de luz coincide con la extensión límite del espectrómetro.
La colección f/value es, por tanto,
Dado que etendue es proporcional al cuadrado del (f/valor)-1, aproximadamente el 70% de la luz emitida disponible se recogería en f/1.2 (véase la Sección 3).
Si el usuario simplemente hubiera colocado la fibra en la rendija de entrada sin ópticas de entrada, solo se habría recogido el 3% de la luz disponible. (La luz en este caso se recogía en el f/6 del espectrómetro en lugar de en el f/1.2 con ópticas de entrada etendue compatibles.)
El ancho del objeto es igual o mayor que el ancho de la rendija de entrada. Se deben usar topes de apertura para ajustar la extensión de la óptica de entrada al monocromador. Como el objeto es mayor que el ancho de la rendija, es el etendue monocromador el que limitará la captación de luz.
El ancho del objeto es igual o mayor que el ancho de la rendija de entrada (véase Fig. 37).
El valor f/ out de las ópticas de entrada debe ser igual al valor f/in del monocromador. La distancia del objeto debe ser igual a la distancia de imagen (aumento absoluto, m, igual a 1).
Se deben usar topes de apertura para ajustar la extensión de la óptica de entrada al monocromador. Como el objeto es mayor que el ancho de la rendija, es el etendue monocromador el que limitará la captación de luz.
En este caso, imagen 1:1 a aumento unitario.
Objetivo de toma L1
Así, para F = 100 mm, p = 200 mm, q = 200 mm (2F).
f/valor del monocromador = q/d = p/d = 6.
Entonces
Por lo tanto, tope de apertura = 33,33 mm para llenar perfectamente la red de difracción.
El valor f/de la fuente es numéricamente mayor que el del espectrómetro. En este caso, el emparejamiento de Etendue se logra mediante la magnificación de la fuente.
En este caso, el valor f/de la fuente es numéricamente mayor que el del espectrómetro. Esto se observa a menudo con un telescopio que puede proyectar a f/30 pero debe ser monitorizado por un espectrómetro a f/6. En este caso, el emparejamiento de etendue se consigue mediante la magnificación de la fuente (véase Fig. 38).
Calcular el ancho de la rendija de entrada para el paso de banda correspondiente (Ecuación (37)). Tomemos, por ejemplo,
1,0 mm = tamaño final de la imagen = ancho de la rendija de entrada.
Imagen proyectada por telescopio = 5 mm y forma el objeto para el espectrómetro.
m = 1/5 = 0,2,
luego de la Ecuación (58).
Tomar el objetivo L1 con F = 100 mm (dado),
p = 600 mm, q = 120 mm.
Calcular d conociendo el monocromador f/valor = 6, q/d = 6, d = 120/6 = 20 mm.
El tope de apertura tendrá un diámetro de 20 mm.
La luz se recoge en la apertura de la imagen proyectada o en 600/20 = f/30, lo que sea numéricamente mayor.
Los conceptos dados en esta sección no incluyen el uso de objetivos de campo. Las fuentes extendidas suelen requerir que cada pupila del tren sea imaginada con la siguiente pupila aguas abajo para evitar la pérdida de luz debido al sobrellenar la óptica, viñeteado
Las lentes de campo aseguran que, para una fuente extendida y una altura finita de rendija, toda la luz llegue a la rejilla sin viñeteo. En las Fig. 39 y Fig. 40, la altura de la rendija está en el plano del papel.
Las lentes de campo aseguran que, para una fuente extendida y una altura finita de rendija, toda la luz llegue a la rejilla sin viñeteo.
Las lentes de campo aseguran que, para una fuente extendida y una altura finita de rendija, toda la luz llegue a la rejilla sin viñeteo.
Cuando no hay ópticas de entrada, es posible que la rendija de entrada proyecte una imagen de casi todo lo anterior a la rendija en el espectrómetro. Esto puede incluir la lámpara, la muestra, los bordes de las lentes e incluso ventanas lejanas. La parte anterior describe cómo iluminar correctamente un espectrómetro para obtener el mayor rendimiento. Siguiendo este procedimiento, se eliminará el efecto de cámara estenopeica.
La imagen múltiple puede degradar gravemente la calidad y el rendimiento de la imagen de salida. Por otro lado, el efecto de cámara estenopeica es muy útil en el VUV cuando no hay lentes refractivas disponibles y los espejos serían ineficientes.
Los topes de apertura y de campo pueden usarse para reducir o incluso eliminar la estructura en una fuente de luz y bloquear las partes no deseadas de la luz. En esta capacidad, los registros de apertura se denominan filtros espaciales.
Los topes de apertura y de campo pueden usarse para reducir o incluso eliminar la estructura en una fuente de luz y bloquear las partes no deseadas de la luz (por ejemplo, el revestimiento alrededor de una fibra óptica). En esta capacidad, los registros de apertura se denominan filtros espaciales (véase Fig. 41).
La imagen de la fuente de luz se enfoca en el plano del filtro espacial. que entonces se convierte en la fuente de luz del sistema.
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