MERENI SPEKTRA SVETLA

Antonın Cernoch

Regionalnı centrum pokrocilych technologiı a materialu

CZ.1.07/2.2.00/15.0147

AC (RCPTM) Spektroskopie 1 / 21

Uvod

Obsah

1 Uvod

2 Zobrazovacı spektrometryDisperznı hranolDifrakcnı mrızka

3 Selektivnı spektrometryFabryuv-Perotuv planarnı rezonator

4 Fourierovska spektroskopie

AC (RCPTM) Spektroskopie 2 / 21

Uvod

Elektromagneticke spektrum

λ =cν

=2πcω, c ≈ 3 · 108 m/s

λ – vlnova delkaν – frekvenceω – uhlova frekvencec – rychlost svetla ve vakuu

Spektra:

spojita, carova, pasovaemisnı, absorpcnı

AC (RCPTM) Spektroskopie 3 / 21

Uvod

Spektroskopie

urcenı intenzity zarenı v celem rozsahu vlnovych delek (frekvencı)urcovanı latek a jejich vlastnostı podle vyzareneho neboabsorbovaneho svetla

Zpusoby merenı1 Zobrazovacı spektrometry – rozmıtnutı spektra do ruznych

prostorovych modudisperznı hranoldifrakcnı mrızka

2 Monochromatory – odfiltrovanı nemerenych slozek spektraprostorove (clonou) z rozmıtnuteho spektraabsorpcneinterferencne

3 Neprıme metodyFourierovska spektroskopie

AC (RCPTM) Spektroskopie 4 / 21

Zobrazovacı spektrometry

Obsah

1 Uvod

2 Zobrazovacı spektrometryDisperznı hranolDifrakcnı mrızka

3 Selektivnı spektrometryFabryuv-Perotuv planarnı rezonator

4 Fourierovska spektroskopie

AC (RCPTM) Spektroskopie 5 / 21

Zobrazovacı spektrometry

Lom na rozhranı

Snelluv zakon lomu

n1(λ) sin θ1 = n2(λ) sin θ21

n1=1

2

n2( )

Chromaticka disperze

index lomu materialu zavisı navlnove delce→ ruzne vlnove delky(barvy) se

lamou pod jinymi uhlysırı ruznymi rychlostmiv(λ) = c/n(λ)

AC (RCPTM) Spektroskopie 6 / 21

Prıkladduhadiamantsırenı ve vlakne

Zobrazovacı spektrometry Disperznı hranol

Disperznı hranol

θd = θ − α + arcsin[sinα

√n(λ)2 − sin2 θ − sin θ cosα

]

. d

n( )

AC (RCPTM) Spektroskopie 8 / 21

Zobrazovacı spektrometry Disperznı hranol

Abbeovo cıslosnaha popsat disperzi materialujednım cıslem

ν =1δr

=nD − 1

nF − nC

ν < 50 flintova sklaν > 55 korunova skla

δr relativnı disperzenF ,D,C indexy lomu

Franhoferovych car

λF = 486.1 nmλD = 589.2 nmλC = 656.3 nm

Konstrukcespektrometru

kolimatordisperznı hranolfokusacnı cocka

AC (RCPTM) Spektroskopie 9 / 21

Zobrazovacı spektrometry Disperznı hranol

Pouzitı

Hranol Pellin Brocavystup kolmy na vstup (jenpro jednu vlnovou delkunD = 1.52)

α = 78◦

θ1 = 57◦

θ2 = 33◦

.

12

2

1

n( )

disperznı hranoly se v merıcıch prıstrojıch nepouzıvajıvyuzitı v rezonatorech laseru

vyber urcite vlnove delkykompenzace casove disperze

AC (RCPTM) Spektroskopie 10 / 21

Zobrazovacı spektrometry Difrakcnı mrızka

Difrakcnı mrızka

periodicka zmena s periodou Λ

tloust’kyindexu lomu

Paraxialnı aproximace (Λ� λ)

θq = θi + qλ

Λ

Obecne

sin θq = sin θi + qλ

Λ

q = 0,±1,±2, . . .Λ = 1.667µm→ 600 car/mm

i

+1

+2+3

-1

-2

-3-4

AC (RCPTM) Spektroskopie 11 / 21

Zobrazovacı spektrometry Difrakcnı mrızka

Ocean Optics HR4000CG-UV-NIR

rozsah 200-1100 nmrozlisenı 0.025 nmsterbina 5 µmodrazna mrızka 300 car/mm

1 SMA vlaknovykonektor

2 pravouhlasterbina

3 spektralnı filtr4 kolimacnı

zrcadlo5 difrakcnı mrızka6 fokusacnı

zrcadlo7 kolekcnı cocky8 linearnı CCD

AC (RCPTM) Spektroskopie 12 / 21

Zobrazovacı spektrometry Difrakcnı mrızka

Jobin Yvon Triax 320

Monochromatorvstupnı a vystupnı sterbinaurcujı rozlisenıotocenı mrızky vybıra vlnovoudelku

Spektrometrse CCDskenovanı otacenım mrızky najeden detektor

mrızka 1200 car/mmdisperze 2.64 nm/mmrozlisenı 0.06 nmrozsah 0 - 1500 nm

AC (RCPTM) Spektroskopie 13 / 21

Selektivnı spektrometry

Obsah

1 Uvod

2 Zobrazovacı spektrometryDisperznı hranolDifrakcnı mrızka

3 Selektivnı spektrometryFabryuv-Perotuv planarnı rezonator

4 Fourierovska spektroskopie

AC (RCPTM) Spektroskopie 14 / 21

Selektivnı spektrometry

Princip

odrazenı nebo absorpce nemerenych slozek spektradetektor zmerı jen vykon prosleho zarenızmena parametru filtru→ skenovanı frekvence

Moznosti:clona v rozmıtnutem spektru zhranolu nebo mrızkysada filtru, ktere se menı –drahe a zdlouhaveladitelny filtr – interference

.

AC (RCPTM) Spektroskopie 15 / 21

Selektivnı spektrometry Fabryuv-Perotuv planarnı rezonator

Fabryuv-Perotuv planarnı rezonator

6=2d/6

5=2d/5

konstruktivnı adestruktivnıinterferencecastecne propustnazrcadla→ rozsırenıspektralnı cary

Spektralnı propustnost

T (ν) =Tmax

1 +(2Fπ

)2sin2

(πννF

) , F =π√

r1− r

, Tmax =|t |2

(1− r)2

Tmax maximum propustnostiF Jemnost (Finesse)

t = t1t2, r = r1r2νF = c/2d

AC (RCPTM) Spektroskopie 16 / 21

0

Pro

pust

nost

q-1 q q+1

5

10

50

F = c/2d

Tmax

F /

νF – volny spektralnı interval, opakovanı prubehu→nejednoznacnostskanovanı spektra – posun jednoho zrcadla o δd → δνq = −νq

δdd

Spektrumpolovodicoveholaseru OZ Optics

Jemnost:F = 150,Centralnı vlnovadelka:λ = 826 nm

d νF λF 1 nm/νF δν δλmm GHz nm GHz nm10 15 0.035 29 0.1 0.000235 30 0.069 14.5 0.2 0.000462 75 0.173 5.8 0.5 0.001251 150 0.35 2.9 1 0.0023

0.5 300 0.69 1.45 2 0.00460.2 750 1.73 0.58 5 0.01150.1 1500 3.5 0.29 10 0.023

Fourierovska spektroskopie

Obsah

1 Uvod

2 Zobrazovacı spektrometryDisperznı hranolDifrakcnı mrızka

3 Selektivnı spektrometryFabryuv-Perotuv planarnı rezonator

4 Fourierovska spektroskopie

AC (RCPTM) Spektroskopie 19 / 21

Fourierovska spektroskopie

Merenı spektra pomocı interferometru

I0

Ix

0

I0/2

I0

Inte

nzita

0

1

Viz

ibili

ta

0

x

2q /4 (2q+1) /4

Imax

Imin

Wiener-Chincin

S(ν) = 2∫ ∞

0I(τ) cos (2πντ)dτ

Autokorelacnı funkce

V (∆x) =Imax − Imin

Imax + Imin

AC (RCPTM) Spektroskopie 20 / 21

Fourierovska spektroskopie

Diskretnı vzorkovanı

V jen v urcitych bodech→ diskretnı FFTrozsah ∆x × rozlisenı(napr. 25 mm→0.007 nm)hustota merenı(velikost kroku) ×rozsah spektra (napr.1 µm→ 172 nm)mozna zmena spektrabehem dlouhehomerenı

AC (RCPTM) Spektroskopie 21 / 21