Uno spettrometro è uno strumento utilizzato per rilevare le caratteristiche spettrali dei segnali ottici, in grado di scomporre il fascio in diverse lunghezze d'onda o componenti di frequenza e di misurare l'intensità di ciascuna lunghezza d'onda o componente di frequenza.
Un tipico spettrometro a reticolo è costituito dalle seguenti parti principali
1. Fessura d'ingresso: viene utilizzata per limitare la quantità di luce che entra nello strumento e le dimensioni della luce.
2. Sistema ottico: viene utilizzato per modificare la direzione di propagazione della luce per ottenere la collimazione, la dispersione e la messa a fuoco della luce.
3. Elementi dispersivi: sono una parte importante del sistema ottico dello spettrometro e la loro funzione è quella di separare la dispersione della luce di diverse lunghezze d'onda nello spazio; il reticolo di diffrazione è l'elemento di dispersione più comunemente utilizzato in questa fase.
4. Fotorilevatore: l'intensità dei segnali luminosi a diverse lunghezze d'onda viene rilevata mediante conversione fotoelettrica. Il fotorilevatore può essere un array CCD/CMOS o un PMT.
5. Circuiti di elaborazione dati e software applicativo: vengono utilizzati per elaborare segnali elettronici e registrare e analizzare dati spettrali.
Struttura ottica CZERNY-TURNER incrociata
1. Fessura d'ingresso 2. Specchio collimatore 3. Reticolo di diffrazione 4. Specchio di focalizzazione 5. Fotodiodo
Principali parametri prestazionali dello spettrometro a micro reticolo
1. Intervallo di lunghezza d'onda: l'intervallo di lunghezze d'onda che lo spettrometro può rilevare.
2. Risoluzione ottica: la più piccola differenza di lunghezza d'onda che può essere risolta da uno spettrometro è solitamente espressa come larghezza intera di mezzo picco (FWHM).
3. Sensibilità: l'energia luminosa minima che può essere rilevata dallo spettrometro è determinata principalmente dalle caratteristiche fotoelettriche del rilevatore.
4. Gamma dinamica: lo spettrometro è in grado di misurare il rapporto tra il segnale spettrale massimo e quello minimo.
5.SNR: rapporto tra il livello di energia del segnale e il livello di rumore dello spettrometro.
6. Velocità di acquisizione spettrale: a un certo livello di energia luminosa incidente, il tempo impiegato dallo spettrometro per completare una misurazione completa.
I principali fattori che influenzano le prestazioni degli spettrometri a reticolo in miniatura
Per gli spettrometri a reticolo miniaturizzati, i sei parametri sopra indicati sono strettamente correlati e si influenzano a vicenda. Sono tre i dispositivi principali che influenzano le prestazioni dei microspettrometri a reticolo:
1. Fessura d'ingresso: il rilevatore dello spettrometro serve a catturare l'immagine della luce che passa attraverso la fenditura; la dimensione della fenditura influenza direttamente la risoluzione e il flusso luminoso dello spettrometro. In generale, minore è la larghezza della fenditura, maggiore è la risoluzione spettrale e minore è il flusso luminoso.
2. Reticolo di diffrazione: il reticolo di diffrazione disperde nello spazio la luce irradiata sulla sua superficie di lavoro e maggiore è la densità di linee della sua superficie di lavoro, maggiore è la capacità di dispersione. Per una data piattaforma ottica e un rivelatore CCD, gli spettrometri che utilizzano reticoli con un numero elevato di linee hanno una risoluzione spettrale più elevata, ma hanno un intervallo spettrale più ristretto.
3. Fotorilevatore: il fotorilevatore determina direttamente l'intervallo spettrale, la sensibilità, la risoluzione e l'indice del rapporto segnale/rumore dello spettrometro. Oggi è disponibile un'ampia gamma di fotorilevatori per soddisfare le esigenze della maggior parte delle applicazioni di rilevamento.