衰減器十大應用場景
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衰減器十大應用場景

衰減器十大應用場景

本文關鍵詞:
新能源 環保 農業 / 食品反恐/ 安全控制/ 自動化 地質/ 礦業 生物醫藥 新材料 航空 航天 吸光度 透反射 熒光

每個人都喜歡擁有控制權,儘管這需要經驗和知識來知道如何使用它。每天,我們都在努力控制我們的個人生活、職業生活和無數其他方面。
在實驗室工作也不例外。更具體地說,光學和光譜學的研究對加強實驗控制提出了特殊的要求。在這篇文章中,我們來看看光學衰減器的多種用途,幫助您實現可能意想不到的結果。

從衰減器到採樣過程
幾十年來,海洋光學的配件幫助我們的客戶取得了驚人的結果,並推動了光譜學的發展。我們在光譜設置過程中提供各種附件用於光的控制,過濾和衰減。其中很強大但卻不受重視的配件之一就是FVA-UV光纖可變衰減器,它的搭配可能性比我們直觀所了解的要多得多。下面我們了解一下FVA-UV如何在不同的實驗場景中提供意想不到的作用:

讓我們從最有效的應用改善開始:衰減光。它的工作原理是這樣的:光纖耦合進入FVA-UV的兩側,FVA-UV內置有准直透鏡, 可以將光線平行地投射到金屬圓盤上,圓盤上有一個狹縫。這個狹縫的寬度隨著手動調整的徑向位置的變化而變化(參見圖1中FVA-UV頂部的旋轉輪)。 通過調節旋轉輪可以將光從關閉到衰減直至全開。


圖1. FVA-UV光纖可變衰減器可以均勻地衰減從紫外到短波近紅外的光
一般來說,您的實驗室只有一個光譜儀配置,沒有其他選擇。 如果其餘的光學元件或樣品在最短的積分時間下仍然導致檢測器飽和,那麼就沒有辦法很好地進行測量。 因此,衰減器在這里為您節省了解決問題的時間,您可以鎖定衰減器調節的點位,並確保在整個實驗過程中不會使檢測器飽和(圖2)。
使用衰減器不能像光譜儀內部入射狹縫那樣提高信號的分辨率。 例如,一台帶200µm狹縫的熒光配置的光譜儀在高亮度系統中無論衰減與否,將得到一樣的光譜分辨率。 這也許與下面的原因有關:衰減器並不影響與樣品相互作用的光的分辨率,因為與樣品相互作用的光子的數量是相同的,但在到達檢測器之前只是按比例縮小。接下來將進一步討論這一點的重要性。


圖2.如果在光路中光太強,在光譜儀端使用衰減器可大大降低檢測器飽和的可能性

在前面的配置中,我們將FVA-UV置於光譜儀和样品之間(圖2),而不是光源和样品之間(圖3),這對於確保足夠的光子與樣品相互作用而言非常重要。 與任何樣品相互作用的光都會有一部分光子受損,因此若在樣品前面限制光的照射,我們就會得到更少期望得到的光子到達檢測器,並產生更多的噪聲。
然而,有些樣品具有很高的光敏性,簡單的光照射就能破壞樣品本身。無論是紫外線固化的化合物還是古代文物,有些樣品就是不能暴露在太多的光線下。在這種情況下,衰減器有助於保護樣本,同時通過調節衰減器來確保所需的光子量到達檢測器。


圖3.如果您的樣品是高光敏性的,請將衰減器置於樣品與光源之間

市場上一些型號的光源,無論是海洋光學還是其他供應商的,都可能沒有內置快門。又或許,您的應用正在使用日光或非校準的無快門的光源(圖4)。在這些情況下,衰減器有兩個有用的點位:-100%和0%,可以說這是一個完美的具有實際意義的快門。 在此基礎上,您可以毫無顧慮地參考暗光譜,而不用擔心關掉燈泡或斷開光纖的問題。(經常關閉/打開光源會影響光源的穩定性;斷開光纖會產生測試的一致性問題。)


圖4.如果您的光源沒有內置快門且不願意打亂整套裝置,您可以將衰減器代替快門來使用

一個光源也許不能覆蓋您需要的波長范圍,因此您設置的光路中有兩個或更多的光源輸入到樣品/光譜儀中。這可能是一組非連續的LED照明所需的波長,或連續光源鹵鎢燈-可見光範圍和氘燈-紫外可見光範圍(圖5)。 採用多光源設置,所有光源可以從多通道光纖(一分二,一分三等)匯集到一個UV衰減器,然後可以統一調整到達光譜儀的總信號強度,這使得信號看上去與來自於單一或均一的光源無異。 這可以精確調整輸入系統的組合光,並允許在不斷開光纖或切斷電源的情況下進行統一的暗光譜測量。


圖5.當光路中有多個光源時,使用衰減器來統一整合光信號

在4的場景中,我們調整了多個光源的混合光源,這些光源同時控制所有光源。但是,如果我們在每個光源後都放置衰減器,然後將它們合併成一支光纖輸出(圖6)會怎麼樣? 現在我們已經創建了一個均衡光源,可以調整每個光源的信號。無論您是在多個寬帶光源上使用分段LED還是可變濾光片,這種佈置都是一種巧妙的方法,可以單獨調整紫外線、可見光或紅外區域,就像調整立體聲均衡器上的低音、中音和高音旋鈕一樣。


圖6.與圖5中描述的方法稍有不同,您可以為您的裝置搭建均衡光源

當然,衰減器會自行削減一定比例的通過光,當串聯時,這種效果可以緊密調整到最低水平。對於發光強度很高的光源或者不可避免使用高功率光源的應用場景,可以使用串聯的兩個或更多衰減器(圖7),這樣第一個衰減器可以將信號降至5%,第二個可以在5%的基礎上再降至5%或0.25%。


圖7.使用兩個衰減器可用於控制具有非常高強度光源的光。

到目前為止,我們已經介紹了處理光源的各種可能性,儘管一些實驗裝置可能僅限於單個光譜儀,但是其中有可能會有多個分析物信號輸入其中(圖8)。比如,也許有幾個熒光比色皿中的光信號都導入到單一的Ocean HDX光譜儀。放置在每個比色皿支架後面的衰減器將允許精確調節每個熒光信號。這可以用於隔離每個信號用於分析或用於實驗的特定部分,或者將多個結果以相同水平呈現。


圖8.使用多個衰減器,您可以創建一個用於選通光譜儀光信號的裝置。

對於一個可以同時測量發射和吸光的實驗裝置,您可以在光源和样品架之間放置一個衰減器,以上下調整吸光度和熒光值(圖9)。這使您能夠計算在一系列激發強度範圍內的平均熒光量子產率(或發射的光子除以吸收的光子),甚至可能是發現分析物的某些獨特性質或行為的途徑。

 

圖9.在熒光裝置中,使用衰減器幫助計算量子產率。

上述1-8種應用介紹著眼於手動控制的FVA-UV衰減器。Ocean Optics還提供FHSA-TTL,一種組合過濾器和比色皿支架,可提供與FVA-UV相當的手動操作,但也可通過電子軟件控制整個快門(圖10)。通過將此產品耦合到任何光源,您現在可以通過TTL通信自動控制輸出光源的佔空比。這對於時間分辨應用、壽命模擬或防止敏感樣品的長期暴露很重要。

除了手動衰減和自動快門控制外,FHSA-TTL還提供了一個比色皿和過濾器支架,用於放置樣品或通過過濾幫助清理光學信號。可以使用這種裝置來安排長時間的光漂白研究,以保持熒光材料並自動控制何時曝光。此外,這些附件中的一些可以自動控制/旋轉各種光源,以查看每個隨時間的隔離效果。


圖10.需要自動快門控制的地方,FHSA-TTL組合通過過濾器-比色皿支架提供軟件控制快門功能。