{"id":69182,"date":"2022-02-21T13:05:21","date_gmt":"2022-02-21T05:05:21","guid":{"rendered":"https:\/\/qvarz.com\/un-metodo-di-calibrazione-ad-alta-precisione-per-spettrometri\/"},"modified":"2022-02-21T13:06:07","modified_gmt":"2022-02-21T05:06:07","slug":"un-metodo-di-calibrazione-ad-alta-precisione-per-spettrometri","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/qvarz.com\/it\/un-metodo-di-calibrazione-ad-alta-precisione-per-spettrometri\/","title":{"rendered":"Un metodo di calibrazione ad alta precisione per spettrometri"},"content":{"rendered":"\n

L’accuratezza della calibrazione dello spettrometro \u00e8 di fondamentale importanza per molte tecniche di caratterizzazione ottica come la spettroscopia Raman e l’interferometria. 1\u20133<\/sup> Tipicamente, per la calibrazione dello spettrometro viene utilizzata una lampada di calibrazione. Le lampade di calibrazione forniscono linee distinte e ben definite a una lunghezza d’onda nota e queste sono assegnate agli indici di pixel del rivelatore. Tuttavia, per intervalli spettrali piccoli, in cui \u00e8 disponibile solo un numero ridotto di righe di calibrazione, la calibrazione diventa imprecisa. Questo articolo descrive i principi di un metodo di calibrazione ad alta precisione che utilizza una struttura multistrato Fabry-Perot, fornendo pi\u00f9 picchi di calibrazione nitidi sull’intera gamma dello spettrometro.<\/p>\n\n

Metodi di calibrazione<\/h2>\n\n

Nella maggior parte dei casi, gli spettrometri vengono calibrati utilizzando lampade di calibrazione convenzionali. Sebbene questo metodo sia semplice da usare, ha alcune restrizioni; questi sono descritti di seguito.<\/p>\n\n

Lampade di calibrazione convenzionali<\/h3>\n\n

Una lampada di calibrazione illumina lo spettrometro e vengono misurate le posizioni, ovvero gli indici di pixel ( p<\/em> ) delle linee di calibrazione di lunghezze d’onda note (\u03bb). Un adattamento quadratico o polinomiale di ordine superiore ai dati (lunghezze d’onda [\u03bb] nelle posizioni [ p<\/em> ]) fornisce la funzione di calibrazione ricercata: \u03bb( p<\/em> ). Le lampade di calibrazione (ad es. lampade Hg\/Ar) forniscono linee di emissione a una determinata lunghezza d’onda. Di norma, ci sono ampie regioni di lunghezza d’onda senza picchi, che portano a una precisione di calibrazione limitata. Inoltre, un fit di grado polinomiale superiore (N> 3) richiede un certo numero di righe di calibrazione, che potrebbero essere limitate, ad esempio, in spettrometri con piccoli intervalli spettrali. Il metodo convenzionale \u00e8 meno affidabile, in particolare per gli spettrometri miniaturizzati, che mostrano dispersioni di luce fortemente non lineari. Il metodo di calibrazione qui descritto risolve questo problema utilizzando un elemento ottico aggiuntivo che genera un insieme di linee di riferimento uniformemente distribuite per un dato intervallo.<\/p>\n\n

Filtro di riferimento Fabry-Perot<\/strong><\/p>\n\n

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Figura 1 – Configurazione per esperimenti di interferometria: 1) Calibrazione approssimativa con lampada al mercurio. 2) Taratura con FRF. (Figure riprodotte con il permesso di Rif. 4.)<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
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L’elemento chiave utilizzato \u00e8 un filtro di riferimento Fabry-Perot (FRF), che \u00e8 tipicamente costituito da uno strato distanziatore trasparente terminato da due specchi altamente riflettenti ( Figura 1<\/em> ). L’illuminazione a banda larga con luce bianca produce pi\u00f9 massimi di trasmissione nitida di intensit\u00e0 simile distribuita sull’intera gamma dello spettrometro. La FRF utilizzata negli esperimenti degli autori consisteva in due fogli di mica retroargentati a diretto contatto tra loro. La mica, che \u00e8 il materiale dello strato distanziatore, \u00e8 stata utilizzata per le sue eccellenti propriet\u00e0 di scissione e per la capacit\u00e0 di fornire fogli grandi e omogenei. 4<\/sup><\/p>\n\n\n\n

Se gli spessori e gli indici di rifrazione di tutti gli strati della FRF sono noti con precisione, \u00e8 possibile calcolare lo spettro di trasmissione e assegnare lunghezze d’onda alle posizioni massime sull’array di pixel. Tuttavia, l’esatto spessore dello strato distanziatore non \u00e8 noto a priori e pu\u00f2 anche cambiare durante la procedura di calibrazione (ad es. a causa dell’espansione termica). Pertanto, \u00e8 inevitabile determinare simultaneamente l’esatto spessore dello strato distanziatore durante la procedura di calibrazione. Un algoritmo iterativo che \u00e8 stato sviluppato risolve questo problema utilizzando due linee di calibrazione di una lampada di calibrazione come linee di ancoraggio. 4<\/sup><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n

Test di accuratezza sperimentale<\/strong><\/p>\n\n

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L’accuratezza dell’algoritmo di calibrazione utilizzando la configurazione sperimentale \u00e8 illustrata nella Figura 2<\/em> . Inizialmente, sono state rilevate due linee di riferimento (RL3: 435 nm e RL7: 697 nm) di una lampada di calibrazione CAL-2000 Hg\/Ar ( Ocean Optics<\/strong> , Dunedin, FL) per una calibrazione lineare iniziale. Successivamente, una lampada alogena ha illuminato un FRF con uno spessore dello strato distanziatore di 15,6 \u03bcm. La luce trasmessa \u00e8 stata raccolta da una fibra di vetro e guidata allo spettrometro per garantire condizioni di disaccoppiamento ben definite. Per il rilevamento degli spettri \u00e8 stato utilizzato uno spettrometro in miniatura USB 2000+ di Ocean Optics ( Tabella 1<\/em> ). Infine, ai dati \u00e8 stato adattato un polinomio di ottavo grado (lunghezze d’onda [\u03bb] nelle posizioni [ p<\/em> ]). Per studiare le prestazioni dell’algoritmo, l’accuratezza del metodo di calibrazione \u00e8 stata confrontata con l’accuratezza di una calibrazione convenzionale. Per questo, tutti i riferimenti rilevati<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n

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sono state utilizzate linee (RL1\u20138) ed \u00e8 stato adattato ai dati un polinomio di terzo grado (lunghezze d’onda [\u03bb] nelle posizioni [ p<\/em> ]). La corrispondente precisione di calibrazione sperimentale \u00e8 stata determinata calcolando le differenze tra le lunghezze d’onda delle curve di calibrazione e quelle esatte note delle linee mercurio\/argon:<\/p>\n\n\n\n

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Tabella 1 – Specifiche dello spettrometro<\/strong><\/figcaption><\/figure><\/div>\n<\/div>\n\n

La curvatura, \u03ba = \u03bb calib<\/sup> \u2013\u03bb lin<\/sup> , della curva di calibrazione \u00e8 stata determinata calcolando la differenza di lunghezza d’onda tra la calibrazione convenzionale e la calibrazione lineare iniziale.<\/p>\n\n

Risultati<\/h2>\n\n

I risultati del test di precisione sono riportati nella Figura 2. L’accuratezza della calibrazione (in alto) riflette quanto bene la funzione di calibrazione riproduce le lunghezze d’onda di riferimento misurate. Il metodo di calibrazione convenzionale (triangoli) si traduce in una precisione di calibrazione di 0,4 \u00c5, mentre il nuovo metodo si traduce in una precisione migliore di 0,2 \u00c5 (cerchi). La curvatura \u03ba (Figura 2, centro) delle curve di calibrazione riflette la non linearit\u00e0 della dispersione della luce nello spettrometro in miniatura. Lo spettro FRF e lampada di calibrazione sono mostrati nella parte inferiore della Figura 2.<\/p>\n\n

Il nuovo metodo di calibrazione porta a una migliore precisione di calibrazione rispetto al metodo convenzionale. Inoltre, possono essere rilevate non linearit\u00e0 dovute a distorsioni del reticolo o dispersioni dell’indice di rifrazione nel materiale distanziatore. 5<\/sup><\/p>\n\n

Conclusione<\/h2>\n\n

Il vantaggio del metodo di calibrazione qui descritto \u00e8 la sua capacit\u00e0 di calibrare spettrometri miniaturizzati fortemente non lineari per intervalli spettrali in cui sono disponibili solo poche linee di riferimento. I picchi di calibrazione aggiuntivi dell’FRF consentono accoppiamenti di ordine polinomiale pi\u00f9 elevato, che si traducono in una maggiore precisione di calibrazione. Il nuovo metodo ha rivelato una precisione di calibrazione inferiore a 0,2 \u00c5, che \u00e8 almeno due volte pi\u00f9 accurata della calibrazione convenzionale. \u00c8 importante notare che questo risultato \u00e8 stato ottenuto utilizzando una quantit\u00e0 significativa di linee di calibrazione per la calibrazione convenzionale. Negli intervalli in cui sono disponibili meno linee, la differenza diventerebbe pi\u00f9 profonda, rivelando la potenza del metodo di calibrazione.<\/p>\n\n

Riferimenti<\/h2>\n\n
  1. Dorrer, C. J. Opt. soc. Sono. B<\/em> 1999<\/strong> , 16<\/em> (7), 1160.<\/li>
  2. Fontana, AW; Vickers, TJ et al. appl. Spettrosc<\/em>. 1998<\/strong> , 52<\/em> (3), 462.<\/li>
  3. Hamaguchi, HO appl. Spettrosc. Rev<\/em>. 1988<\/strong> , 24<\/em> (1\u20132), 1378.<\/li>
  4. Perret, E.; Balmer, TD et al. appl. Spettrosc<\/em>. 2010<\/strong> , 64<\/em> , 1139.<\/li>
  5. Israelachvili, JN; Adams, GE J. Chem. soc. Lontano. Trans. io<\/em> 1978<\/strong> , 74<\/em> , 9758.<\/li><\/ol>\n

    Il Dr. Perret \u00e8 uno scienziato, Paul Scherrer Institut<\/strong> , 5232 Villigen, Svizzera; tel.: +41 3401394; e-mail: edithfu@gmail.com. Il Dr. Balmer \u00e8 un ingegnere dei materiali, ETH Zurigo<\/strong> , Zurigo, Svizzera. Gli autori ringraziano Ocean Optics<\/strong> (Dunedin, FL) per il suo supporto nel testare vari spettrometri. Questo lavoro \u00e8 stato finanziato dalla Fondazione Nazionale Svizzera (Berna, Svizzera).<\/em><\/p>\n\n

    Fonte<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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