{"id":69176,"date":"2022-02-21T13:04:52","date_gmt":"2022-02-21T05:04:52","guid":{"rendered":"https:\/\/qvarz.com\/en-hogprecisionskalibreringsmetod-for-spektrometrar\/"},"modified":"2022-02-21T13:05:11","modified_gmt":"2022-02-21T05:05:11","slug":"en-hogprecisionskalibreringsmetod-for-spektrometrar","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/qvarz.com\/sv\/en-hogprecisionskalibreringsmetod-for-spektrometrar\/","title":{"rendered":"En h\u00f6gprecisionskalibreringsmetod f\u00f6r spektrometrar"},"content":{"rendered":"\n

Spektrometerkalibreringsnoggrannhet \u00e4r av avg\u00f6rande betydelse f\u00f6r m\u00e5nga optiska karakteriseringstekniker s\u00e5som Raman-spektroskopi och interferometri. 1\u20133<\/sup> Vanligtvis anv\u00e4nds en kalibreringslampa f\u00f6r spektrometerkalibrering. Kalibreringslampor ger distinkta, v\u00e4ldefinierade linjer vid en k\u00e4nd v\u00e5gl\u00e4ngd, och dessa tilldelas detektorns pixelindex. Men f\u00f6r sm\u00e5 spektralomr\u00e5den, d\u00e4r endast ett litet antal kalibreringslinjer \u00e4r tillg\u00e4ngliga, blir kalibreringen felaktig. Den h\u00e4r artikeln beskriver principerna f\u00f6r en h\u00f6gprecisionskalibreringsmetod som anv\u00e4nder en Fabry-Perot flerskiktsstruktur, vilket ger flera skarpa kalibreringstoppar \u00f6ver hela spektrometeromr\u00e5det.<\/p>\n\n

Kalibreringsmetoder<\/h2>\n\n

I de flesta fall kalibreras spektrometrar med hj\u00e4lp av konventionella kalibreringslampor. \u00c4ven om denna metod \u00e4r enkel att anv\u00e4nda, har den vissa begr\u00e4nsningar; dessa beskrivs nedan.<\/p>\n\n

Konventionella kalibreringslampor<\/h3>\n\n

En kalibreringslampa lyser upp spektrometern och positionerna \u2013 dvs pixelindex ( p<\/em> ) f\u00f6r kalibreringslinjerna med k\u00e4nda v\u00e5gl\u00e4ngder (\u03bb) \u2013 m\u00e4ts. En kvadratisk eller h\u00f6gre ordningens polynompassning till data (v\u00e5gl\u00e4ngder [\u03bb] vid positioner [ p<\/em> ]) ger den s\u00f6kta kalibreringsfunktionen \u2014 \u03bb( p<\/em> ). Kalibreringslampor (t.ex. Hg\/Ar-lampor) ger emissionslinjer vid en given v\u00e5gl\u00e4ngd. Som regel finns det breda v\u00e5gl\u00e4ngdsomr\u00e5den utan toppar, vilket leder till begr\u00e4nsad kalibreringsnoggrannhet. Dessutom, en passform av h\u00f6gre polynomgrad (N> 3) kr\u00e4ver ett visst antal kalibreringslinjer, vilket kan vara begr\u00e4nsat i t.ex. spektrometrar med sm\u00e5 spektralomr\u00e5den. Den konventionella metoden \u00e4r mindre tillf\u00f6rlitlig, s\u00e4rskilt f\u00f6r miniatyrspektrometrar, som uppvisar starkt olinj\u00e4ra ljusdispersioner. Kalibreringsmetoden som beskrivs h\u00e4r l\u00f6ser detta problem genom att anv\u00e4nda ett extra optiskt element som genererar en upps\u00e4ttning j\u00e4mnt f\u00f6rdelade referenslinjer f\u00f6r ett givet omr\u00e5de.<\/p>\n\n

Fabry-Perot referensfilter<\/strong><\/p>\n\n

\n
\n
\n
\n
\"\"<\/a>
Figur 1 – Inst\u00e4llning f\u00f6r interferometriexperiment: 1) Grov kalibrering med kvicksilverlampa. 2) Kalibrering med en FRF. (Siffrorna \u00e5tergivna med tillst\u00e5nd fr\u00e5n ref. 4.)<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
\n

Nyckelelementet som anv\u00e4nds \u00e4r ett Fabry-Perot referensfilter (FRF), som vanligtvis \u00e4r tillverkat av ett transparent distansskikt som avslutas av tv\u00e5 h\u00f6greflekterande speglar ( Figur 1<\/em> ). Bredbandsbelysning med vitt ljus ger flera skarpa transmissionsmaxima med liknande intensitet f\u00f6rdelade \u00f6ver hela spektrometeromr\u00e5det. Den FRF som anv\u00e4ndes i f\u00f6rfattarnas experiment bestod av tv\u00e5 bakf\u00f6rsilvrade glimmerskivor i direkt kontakt med varandra. Glimmer, som \u00e4r distansskiktsmaterialet, anv\u00e4ndes p\u00e5 grund av dess utm\u00e4rkta klyvningsegenskaper och f\u00f6rm\u00e5ga att ge stora, homogena ark. 4<\/sup><\/p>\n\n\n\n

Om tjockleken och brytningsindexen f\u00f6r alla lager av FRF \u00e4r exakt k\u00e4nda, kan transmissionsspektrumet ber\u00e4knas och v\u00e5gl\u00e4ngder kan tilldelas maximapositionerna p\u00e5 pixelmatrisen. Den exakta tjockleken av distansskiktet \u00e4r dock inte k\u00e4nd p\u00e5 f\u00f6rhand och kan ocks\u00e5 \u00e4ndras under kalibreringsproceduren (t.ex. p\u00e5 grund av termisk expansion). D\u00e4rf\u00f6r \u00e4r det oundvikligt att samtidigt best\u00e4mma den exakta distansskiktets tjocklek under kalibreringsproceduren. En iterativ algoritm som har utvecklats l\u00f6ser detta problem genom att anv\u00e4nda tv\u00e5 kalibreringslinjer i en kalibreringslampa som ankarlinor. 4<\/sup><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n

Experimentellt noggrannhetstest<\/strong><\/p>\n\n

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

Noggrannheten hos kalibreringsalgoritmen med hj\u00e4lp av experimentuppst\u00e4llningen illustreras i figur 2<\/em> . F\u00f6rst detekterades tv\u00e5 referenslinjer (RL3: 435 nm och RL7: 697 nm) f\u00f6r en CAL-2000 Hg\/Ar kalibreringslampa ( Ocean Optics<\/strong> , Dunedin, FL) f\u00f6r en initial linj\u00e4r kalibrering. D\u00e4refter belyste en halogenlampa en FRF med en distansskikttjocklek p\u00e5 15,6 \u03bcm. Det transmitterade ljuset samlades upp av en glasfiber och leddes till spektrometern f\u00f6r att s\u00e4kerst\u00e4lla v\u00e4ldefinierade inkopplingsf\u00f6rh\u00e5llanden. En USB 2000+ miniatyrspektrometer fr\u00e5n Ocean Optics ( tabell 1<\/em> ) anv\u00e4ndes f\u00f6r detektering av spektra. Slutligen anpassades ett \u00e5ttondegradspolynom till data (v\u00e5gl\u00e4ngder [\u03bb] vid positioner [ p<\/em> ]). F\u00f6r att unders\u00f6ka algoritmens prestanda j\u00e4mf\u00f6rdes kalibreringsmetodens noggrannhet med noggrannheten hos en konventionell kalibrering. F\u00f6r detta, alla uppt\u00e4ckta referenser<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n

\n
\n

linjer (RL1\u20138) anv\u00e4ndes och ett tredjegradspolynom anpassades till data (v\u00e5gl\u00e4ngder [\u03bb] vid positioner [ p<\/em> ]). Den motsvarande experimentella kalibreringsnoggrannheten best\u00e4mdes genom att ber\u00e4kna skillnaderna mellan kalibreringskurvornas v\u00e5gl\u00e4ngder och de exakta k\u00e4nda f\u00f6r kvicksilver\/argonlinjerna:<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a><\/figure><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
\n
\"\"<\/a>
Tabell 1 – Spectrometerspecifikation<\/strong><\/figcaption><\/figure><\/div>\n<\/div>\n\n

Kr\u00f6kningen, \u03ba = \u03bb calib<\/sup> \u2013\u03bb lin<\/sup> , f\u00f6r kalibreringskurvan best\u00e4mdes genom att ber\u00e4kna v\u00e5gl\u00e4ngdsskillnaden mellan den konventionella kalibreringen och den initiala linj\u00e4ra kalibreringen.<\/p>\n\n

Resultat<\/h2>\n\n

Resultaten av noggrannhetstestet plottas i figur 2. Kalibreringsnoggrannheten (\u00f6verst) \u00e5terspeglar hur v\u00e4l kalibreringsfunktionen \u00e5terger de uppm\u00e4tta referensv\u00e5gl\u00e4ngderna. Den konventionella kalibreringsmetoden (trianglar) ger en kalibreringsnoggrannhet p\u00e5 0,4 \u00c5, medan den nya metoden ger en noggrannhet p\u00e5 b\u00e4ttre \u00e4n 0,2 \u00c5 (cirklar). Kr\u00f6kningen \u03ba (Figur 2, mitten) av kalibreringskurvorna reflekterar olinj\u00e4riteten hos ljusspridningen i miniatyrspektrometern. FRF och kalibreringslampspektrum visas l\u00e4ngst ner i figur 2.<\/p>\n\n

Den nya kalibreringsmetoden leder till b\u00e4ttre kalibreringsnoggrannhet \u00e4n den konventionella metoden. Vidare kan olinj\u00e4riteter p\u00e5 grund av gitterf\u00f6rvr\u00e4ngningar eller brytningsindexdispersioner i distansmaterialet detekteras. 5<\/sup><\/p>\n\n

Slutsats<\/h2>\n\n

F\u00f6rdelen med kalibreringsmetoden som beskrivs h\u00e4r \u00e4r dess f\u00f6rm\u00e5ga att kalibrera starkt olinj\u00e4ra miniatyrspektrometrar f\u00f6r spektralomr\u00e5den d\u00e4r endast ett f\u00e5tal referenslinjer \u00e4r tillg\u00e4ngliga. De ytterligare kalibreringstopparna fr\u00e5n FRF m\u00f6jligg\u00f6r passningar i h\u00f6gre polynomordning, vilket resulterar i h\u00f6gre kalibreringsnoggrannhet. Den nya metoden avsl\u00f6jade kalibreringsnoggrannheter under 0,2 \u00c5, vilket \u00e4r minst dubbelt s\u00e5 exakt som den konventionella kalibreringen. Det \u00e4r viktigt att notera att detta resultat erh\u00f6lls genom att anv\u00e4nda en betydande m\u00e4ngd kalibreringslinjer f\u00f6r den konventionella kalibreringen. I omr\u00e5den d\u00e4r f\u00e4rre linjer \u00e4r tillg\u00e4ngliga skulle skillnaden bli mer djupg\u00e5ende och avsl\u00f6ja kraften i kalibreringsmetoden.<\/p>\n\n

Referenser<\/h2>\n\n
  1. Dorrer, C. J. Opt. Soc. Am. B<\/em> 1999<\/strong> , 16<\/em> (7), 1160.<\/li>
  2. Fountain, AW; Vickers, TJ et al. Appl. Spectrosc<\/em>. 1998<\/strong> , 52<\/em> (3), 462.<\/li>
  3. Hamaguchi, HO Appl. Spectrosc. Varv<\/em>. 1988<\/strong> , 24<\/em> (1\u20132), 1378.<\/li>
  4. Perret, E.; Balmer, TD et al. Appl. Spectrosc<\/em>. 2010<\/strong> , 64<\/em> , 1139.<\/li>
  5. Israelachvili, JN; Adams, GE J. Chem. Soc. L\u00e5ngt. Trans. jag<\/em> 1978<\/strong> , 74<\/em> , 9758.<\/li><\/ol>\n

    Dr. Perret \u00e4r en vetenskapsman, Paul Scherrer Institut<\/strong> , 5232 Villigen, Schweiz; tel.: +41 3401394; e-post: edithfu@gmail.com. Dr. Balmer \u00e4r materialingenj\u00f6r, ETH Z\u00fcrich<\/strong> , Z\u00fcrich, Schweiz. F\u00f6rfattarna tackar Ocean Optics<\/strong> (Dunedin, FL) f\u00f6r dess st\u00f6d i att testa olika spektrometrar. Detta arbete finansierades av Swiss National Foundation (Bern, Schweiz).<\/em><\/p>\n\n

    K\u00e4lla<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Spektrometerkalibreringsnoggrannhet \u00e4r av avg\u00f6rande betydelse f\u00f6r m\u00e5nga optiska karakteriseringstekniker s\u00e5som Raman-spektroskopi och interferometri. 1\u20133 Vanligtvis anv\u00e4nds en kalibreringslampa f\u00f6r spektrometerkalibrering. Kalibreringslampor ger distinkta, v\u00e4ldefinierade linjer vid en k\u00e4nd v\u00e5gl\u00e4ngd, och dessa tilldelas detektorns pixelindex. Men f\u00f6r sm\u00e5 spektralomr\u00e5den, d\u00e4r endast ett litet antal kalibreringslinjer \u00e4r tillg\u00e4ngliga, blir kalibreringen felaktig. Den h\u00e4r artikeln beskriver principerna f\u00f6r<\/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":[822,817],"tags":[],"class_list":["post-69176","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-alla-inlagg","category-spektrofotometri"],"featured_image_src":null,"author_info":{"display_name":"admin","author_link":"https:\/\/qvarz.com\/sv\/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\/sv\/author\/admin\/"},"uagb_comment_info":0,"uagb_excerpt":"Spektrometerkalibreringsnoggrannhet \u00e4r av avg\u00f6rande betydelse f\u00f6r m\u00e5nga optiska karakteriseringstekniker s\u00e5som Raman-spektroskopi och interferometri. 1\u20133 Vanligtvis anv\u00e4nds en kalibreringslampa f\u00f6r spektrometerkalibrering. Kalibreringslampor ger distinkta, v\u00e4ldefinierade linjer vid en k\u00e4nd v\u00e5gl\u00e4ngd, och dessa tilldelas detektorns pixelindex. Men f\u00f6r sm\u00e5 spektralomr\u00e5den, d\u00e4r endast ett litet antal kalibreringslinjer \u00e4r tillg\u00e4ngliga, blir kalibreringen felaktig. Den h\u00e4r artikeln beskriver principerna f\u00f6rRead…","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/qvarz.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/69176","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/qvarz.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/qvarz.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/qvarz.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/qvarz.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=69176"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/qvarz.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/69176\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":69180,"href":"https:\/\/qvarz.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/69176\/revisions\/69180"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/qvarz.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=69176"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/qvarz.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=69176"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/qvarz.com\/sv\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=69176"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}