{"id":69186,"date":"2022-02-21T13:05:46","date_gmt":"2022-02-21T05:05:46","guid":{"rendered":"https:\/\/qvarz.com\/bardzo-precyzyjna-metoda-kalibracji-dla-spektrometrow\/"},"modified":"2022-02-21T13:06:11","modified_gmt":"2022-02-21T05:06:11","slug":"bardzo-precyzyjna-metoda-kalibracji-dla-spektrometrow","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/qvarz.com\/pl\/bardzo-precyzyjna-metoda-kalibracji-dla-spektrometrow\/","title":{"rendered":"Bardzo precyzyjna metoda kalibracji dla spektrometr\u00f3w"},"content":{"rendered":"\n

Dok\u0142adno\u015b\u0107 kalibracji spektrometru ma kluczowe znaczenie dla wielu technik charakteryzacji optycznej, takich jak spektroskopia Ramana i interferometria. 1\u20133<\/sup> Zazwyczaj do kalibracji spektrometru u\u017cywana jest lampa kalibracyjna. Lampy kalibracyjne zapewniaj\u0105 wyra\u017ane, dobrze zdefiniowane linie o znanej d\u0142ugo\u015bci fali, kt\u00f3re s\u0105 przypisywane do indeks\u00f3w pikseli detektora. Jednak w przypadku ma\u0142ych zakres\u00f3w widmowych, gdzie dost\u0119pna jest tylko niewielka liczba linii kalibracyjnych, kalibracja staje si\u0119 niedok\u0142adna. W tym artykule opisano zasady wysoce precyzyjnej metody kalibracji, kt\u00f3ra wykorzystuje wielowarstwow\u0105 struktur\u0119 Fabry-Perot, zapewniaj\u0105c\u0105 wiele ostrych pik\u00f3w kalibracyjnych w ca\u0142ym zakresie spektrometru.<\/p>\n\n

Metody kalibracji<\/h2>\n\n

W wi\u0119kszo\u015bci przypadk\u00f3w spektrometry s\u0105 kalibrowane przy u\u017cyciu konwencjonalnych lamp kalibracyjnych. Chocia\u017c ta metoda jest prosta w u\u017cyciu, ma pewne ograniczenia; s\u0105 one opisane poni\u017cej.<\/p>\n\n

Konwencjonalne lampy kalibracyjne<\/h3>\n\n

Lampa kalibracyjna o\u015bwietla spektrometr i mierzone s\u0105 pozycje \u2013 tj. indeksy pikseli ( p<\/em> ) linii kalibracyjnych o znanych d\u0142ugo\u015bciach fal (\u03bb). Dopasowanie kwadratowe lub wielomianowe wy\u017cszego rz\u0119du do danych (d\u0142ugo\u015bci fal [\u03bb] w pozycjach [ p<\/em> ]) daje poszukiwan\u0105 funkcj\u0119 kalibracji \u2014 \u03bb( p<\/em> ). Lampy kalibracyjne (np. lampy Hg\/Ar) zapewniaj\u0105 linie emisyjne przy danej d\u0142ugo\u015bci fali. Z regu\u0142y istniej\u0105 regiony o szerokich d\u0142ugo\u015bciach fal bez pik\u00f3w, co prowadzi do ograniczonej dok\u0142adno\u015bci kalibracji. Ponadto dopasowanie wy\u017cszego stopnia wielomianu (N> 3) wymaga pewnej liczby linii kalibracyjnych, kt\u00f3ra mo\u017ce by\u0107 ograniczona np. w spektrometrach o ma\u0142ych zakresach spektralnych. Metoda konwencjonalna jest mniej niezawodna, szczeg\u00f3lnie w przypadku miniaturowych spektrometr\u00f3w, kt\u00f3re wykazuj\u0105 silnie nieliniow\u0105 dyspersj\u0119 \u015bwiat\u0142a. Opisana tutaj metoda kalibracji rozwi\u0105zuje ten problem poprzez zastosowanie dodatkowego elementu optycznego, kt\u00f3ry generuje zestaw r\u00f3wnomiernie rozmieszczonych linii odniesienia dla dowolnego zadanego zakresu.<\/p>\n\n

Filtr referencyjny Fabry-Perot<\/strong><\/p>\n\n

\n
\n
\n
\n
\"\"<\/a>
Rysunek 1 \u2014 Konfiguracja do eksperyment\u00f3w interferometrycznych: 1) Zgrubna kalibracja z lamp\u0105 rt\u0119ciow\u0105. 2) Kalibracja za pomoc\u0105 FRF. (Rysunki odtworzone za zgod\u0105 z ref. 4.)<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
\n

Kluczowym elementem zastosowanym jest filtr referencyjny Fabry-Perot (FRF), kt\u00f3ry jest zwykle wykonany z przezroczystej warstwy dystansowej zako\u0144czonej dwoma silnie odbijaj\u0105cymi zwierciad\u0142ami ( Figura 1<\/em> ). O\u015bwietlenie szerokopasmowe \u015bwiat\u0142em bia\u0142ym daje wiele ostrych maksim\u00f3w transmisji o podobnym nat\u0119\u017ceniu roz\u0142o\u017conych w ca\u0142ym zakresie spektrometru. FRF u\u017cyty w eksperymentach autor\u00f3w sk\u0142ada\u0142 si\u0119 z dw\u00f3ch arkuszy miki posrebrzanej od ty\u0142u, kt\u00f3re styka\u0142y si\u0119 bezpo\u015brednio ze sob\u0105. Zastosowano mik\u0119, kt\u00f3ra jest materia\u0142em na warstw\u0119 przek\u0142adkow\u0105, ze wzgl\u0119du na jej doskona\u0142e w\u0142a\u015bciwo\u015bci rozszczepiaj\u0105ce i mo\u017cliwo\u015b\u0107 uzyskania du\u017cych, jednorodnych arkuszy. 4<\/sup><\/p>\n\n\n\n

Je\u015bli grubo\u015bci i wsp\u00f3\u0142czynniki za\u0142amania wszystkich warstw FRF s\u0105 dok\u0142adnie znane, mo\u017cna obliczy\u0107 widmo transmisji i przypisa\u0107 d\u0142ugo\u015bci fal do pozycji maksim\u00f3w na tablicy pikseli. Jednak dok\u0142adna grubo\u015b\u0107 warstwy dystansuj\u0105cej nie jest a priori znana i mo\u017ce r\u00f3wnie\u017c ulec zmianie podczas procedury kalibracji (np. z powodu rozszerzalno\u015bci cieplnej). Dlatego nieuniknione jest jednoczesne okre\u015blenie dok\u0142adnej grubo\u015bci warstwy dystansowej podczas procedury kalibracji. Opracowany algorytm iteracyjny rozwi\u0105zuje ten problem, wykorzystuj\u0105c dwie linie kalibracyjne lampy kalibracyjnej jako linie kotwicz\u0105ce. 4<\/sup><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n

Eksperymentalny test dok\u0142adno\u015bci<\/strong><\/p>\n\n

\n
\n
\"\"<\/a>
<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
\n

Dok\u0142adno\u015b\u0107 algorytmu kalibracyjnego z wykorzystaniem uk\u0142adu do\u015bwiadczalnego jest zilustrowana na rysunku 2<\/em> . Najpierw wykryto dwie linie odniesienia (RL3: 435 nm i RL7: 697 nm) lampy kalibracyjnej CAL-2000 Hg\/Ar ( Ocean Optics<\/strong> , Dunedin, FL) dla pocz\u0105tkowej kalibracji liniowej. Nast\u0119pnie lampa halogenowa o\u015bwietli\u0142a FRF o grubo\u015bci warstwy dystansowej 15,6 \u03bcm. Przepuszczane \u015bwiat\u0142o by\u0142o zbierane przez w\u0142\u00f3kno szklane i kierowane do spektrometru w celu zapewnienia dobrze zdefiniowanych warunk\u00f3w sprz\u0119gania. Do wykrywania widm zastosowano miniaturowy spektrometr USB 2000+ firmy Ocean Optics ( tabela 1<\/em> ). Ostatecznie do danych dopasowano wielomian \u00f3smego stopnia (d\u0142ugo\u015bci fal [\u03bb] w pozycjach [ p<\/em> ]). W celu zbadania dzia\u0142ania algorytmu por\u00f3wnano dok\u0142adno\u015b\u0107 metody wzorcowania z dok\u0142adno\u015bci\u0105 wzorcowania konwencjonalnego. W tym celu wszystkie wykryte odniesienia<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n

\n
\n

zastosowano linie (RL1\u20138) i do danych dopasowano wielomian trzeciego stopnia (d\u0142ugo\u015bci fali [\u03bb] w pozycjach [ p<\/em> ]). Odpowiednia dok\u0142adno\u015b\u0107 kalibracji eksperymentalnej zosta\u0142a okre\u015blona przez obliczenie r\u00f3\u017cnic mi\u0119dzy d\u0142ugo\u015bciami fal krzywych kalibracyjnych a dok\u0142adnymi znanymi liniami rt\u0119\u0107\/argon:<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a><\/figure><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
\n
\"\"<\/a>
Tabela 1 \u2014 Specyfikacja spektrometru<\/strong><\/figcaption><\/figure><\/div>\n<\/div>\n\n

Krzywizna, \u03ba = \u03bb calib<\/sup> \u2013\u03bb lin<\/sup> , krzywej kalibracyjnej zosta\u0142a okre\u015blona przez obliczenie r\u00f3\u017cnicy d\u0142ugo\u015bci fali mi\u0119dzy kalibracj\u0105 konwencjonaln\u0105 a pocz\u0105tkow\u0105 kalibracj\u0105 liniow\u0105.<\/p>\n\n

Wyniki<\/h2>\n\n

Wyniki testu dok\u0142adno\u015bci przedstawiono na rysunku 2. Dok\u0142adno\u015b\u0107 kalibracji (na g\u00f3rze) odzwierciedla, jak dobrze funkcja kalibracji odtwarza zmierzone d\u0142ugo\u015bci fal odniesienia. Konwencjonalna metoda kalibracji (tr\u00f3jk\u0105ty) zapewnia dok\u0142adno\u015b\u0107 kalibracji 0,4 \u00c5, podczas gdy nowa metoda daje dok\u0142adno\u015b\u0107 lepsz\u0105 ni\u017c 0,2 \u00c5 (k\u00f3\u0142ka). Krzywizna \u03ba (rysunek 2, \u015brodek) krzywych kalibracyjnych odzwierciedla nieliniowo\u015b\u0107 dyspersji \u015bwiat\u0142a w miniaturowym spektrometrze. Widmo FRF i lampy kalibracyjnej pokazano na dole rysunku 2.<\/p>\n\n

Nowa metoda kalibracji prowadzi do lepszych dok\u0142adno\u015bci kalibracji ni\u017c metoda konwencjonalna. Ponadto mo\u017cna wykry\u0107 nieliniowo\u015bci spowodowane zniekszta\u0142ceniami siatki lub dyspersjami wsp\u00f3\u0142czynnika za\u0142amania w materiale przek\u0142adki. 5<\/sup><\/p>\n\n

Wniosek<\/h2>\n\n

Zalet\u0105 opisywanej metody kalibracji jest mo\u017cliwo\u015b\u0107 kalibracji silnie nieliniowych miniaturowych spektrometr\u00f3w dla zakres\u00f3w spektralnych, w kt\u00f3rych dost\u0119pnych jest tylko kilka linii odniesienia. Dodatkowe piki kalibracyjne z FRF umo\u017cliwiaj\u0105 dopasowanie wy\u017cszego rz\u0119du wielomian\u00f3w, co skutkuje wy\u017csz\u0105 dok\u0142adno\u015bci\u0105 kalibracji. Nowa metoda wykaza\u0142a dok\u0142adno\u015b\u0107 kalibracji poni\u017cej 0,2 \u00c5, co jest co najmniej dwukrotnie dok\u0142adniejsz\u0105 ni\u017c kalibracja konwencjonalna. Nale\u017cy zauwa\u017cy\u0107, \u017ce ten wynik uzyskano przy u\u017cyciu znacznej liczby linii kalibracyjnych dla konwencjonalnej kalibracji. W zakresach, w kt\u00f3rych dost\u0119pnych jest mniej linii, r\u00f3\u017cnica sta\u0142aby si\u0119 g\u0142\u0119bsza, ujawniaj\u0105c si\u0142\u0119 metody kalibracji.<\/p>\n\n

Bibliografia<\/h2>\n\n
  1. Dorrer, C. J. Opt. Soc. Jestem. b<\/em> 1999<\/strong> , 16<\/em> (7), 1160.<\/li>
  2. Fontanna, AW; Vickers, TJ i in. Za\u0142. Widmo<\/em>. 1998<\/strong> , 52<\/em> (3), 462.<\/li>
  3. Hamaguczi, HO Za\u0142. Widmo. Obr\u00f3t silnika<\/em>. 1988<\/strong> , 24<\/em> (1\u20132), 1378.<\/li>
  4. Perret, E.; Balmer, TD i in. Za\u0142. Widmo<\/em>. 2010<\/strong> , 64<\/em> , 1139.<\/li>
  5. Israelachwili, JN; Adams, GE J.Chem. Soc. Daleko. Prze\u0142. i<\/em> 1978<\/strong> , 74<\/em> , 9758.<\/li><\/ol>\n

    Dr Perret jest naukowcem, Paul Scherrer Institut<\/strong> , 5232 Villigen, Szwajcaria; tel.: +41 3401394; e-mail: edithfu@gmail.com. Dr Balmer jest in\u017cynierem materia\u0142owym, ETH Zurich<\/strong> , Zurych, Szwajcaria. Autorzy dzi\u0119kuj\u0105 firmie Ocean Optics<\/strong> (Dunedin, FL) za wsparcie w testowaniu r\u00f3\u017cnych spektrometr\u00f3w. Praca ta zosta\u0142a sfinansowana przez Szwajcarsk\u0105 Fundacj\u0119 Narodow\u0105 (Berno, Szwajcaria).<\/em><\/p>\n\n

    \u0179r\u00f3d\u0142o<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Dok\u0142adno\u015b\u0107 kalibracji spektrometru ma kluczowe znaczenie dla wielu technik charakteryzacji optycznej, takich jak spektroskopia Ramana i interferometria. 1\u20133 Zazwyczaj do kalibracji spektrometru u\u017cywana jest lampa kalibracyjna. Lampy kalibracyjne zapewniaj\u0105 wyra\u017ane, dobrze zdefiniowane linie o znanej d\u0142ugo\u015bci fali, kt\u00f3re s\u0105 przypisywane do indeks\u00f3w pikseli detektora. Jednak w przypadku ma\u0142ych zakres\u00f3w widmowych, gdzie dost\u0119pna jest tylko niewielka<\/p>\n

    Read More<\/a><\/div>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_uag_custom_page_level_css":"","ub_ctt_via":"","footnotes":""},"categories":[814,820],"tags":[],"class_list":["post-69186","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-spektrofotometria","category-wszystkie-posty"],"featured_image_src":null,"author_info":{"display_name":"admin","author_link":"https:\/\/qvarz.com\/pl\/author\/admin\/"},"uagb_featured_image_src":{"full":false,"thumbnail":false,"medium":false,"medium_large":false,"large":false,"1536x1536":false,"2048x2048":false,"bacola-woo-product":false,"woocommerce_thumbnail":false,"woocommerce_single":false,"woocommerce_gallery_thumbnail":false,"variation_swatches_image_size":false,"variation_swatches_tooltip_size":false,"dgwt-wcas-product-suggestion":false},"uagb_author_info":{"display_name":"admin","author_link":"https:\/\/qvarz.com\/pl\/author\/admin\/"},"uagb_comment_info":0,"uagb_excerpt":"Dok\u0142adno\u015b\u0107 kalibracji spektrometru ma kluczowe znaczenie dla wielu technik charakteryzacji optycznej, takich jak spektroskopia Ramana i interferometria. 1\u20133 Zazwyczaj do kalibracji spektrometru u\u017cywana jest lampa kalibracyjna. Lampy kalibracyjne zapewniaj\u0105 wyra\u017ane, dobrze zdefiniowane linie o znanej d\u0142ugo\u015bci fali, kt\u00f3re s\u0105 przypisywane do indeks\u00f3w pikseli detektora. Jednak w przypadku ma\u0142ych zakres\u00f3w widmowych, gdzie dost\u0119pna jest tylko niewielkaRead…","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/qvarz.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/69186","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/qvarz.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/qvarz.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/qvarz.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/qvarz.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=69186"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/qvarz.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/69186\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":69188,"href":"https:\/\/qvarz.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/69186\/revisions\/69188"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/qvarz.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=69186"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/qvarz.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=69186"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/qvarz.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=69186"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}