導入
光スペクトル分析は、材料の組成や分子構造を調べるために欠かせない研究手法です。物理学、化学、生物学、材料科学、環境モニタリング、宇宙探査、工業品質検査などの分野で広く採用されています。
分光計の中核となる機能コンポーネントである回折格子の性能は、スペクトル分解能、使用可能な波長範囲、光スループットなどの重要なシステム指標を直接決定します。光学設計では、分光計の完全な性能を保証するには、格子パラメータの合理的な選択と検出器アレイやその他の光学部品とのマッチングが基本的な前提条件となります。
(図: 入口スリット、コリメートミラー、分散格子、集束ミラー、および平面検出器アレイを示す基本的な分光計の概略レイアウト)
標準的な分光計は、入口スリット、コリメート光学素子 (ミラー/レンズ)、分散素子 (回折格子/プリズム)、集束光学素子 (ミラー/レンズ)、検出器アレイ (CCD または CMOS センサー) の 5 つのコア モジュールで構成されます。光は入口スリットを通過し、コリメートミラーによってコリメートされて分散素子に導かれ、そこで個別の波長成分に分離されます。分割された光は集光ミラーによって検出器アレイ上に集束されて連続スペクトルを形成し、各波長での光強度の定量的な測定が可能になります。
CNI Optics は光学設計、精密光学素子の研究開発、製造を専門としています。当社は、お客様の機器システムに合わせて完全にカスタマイズされた光学ソリューションを提供します。数十年にわたる光学設計と部品製造の経験を活かし、当社は回折格子、光学レンズ、平面鏡、分光フィルタなどの高性能光学部品を提供するとともに、カスタム分光器設計や完全な光学システム統合サービスも提供しています。-
光学系設計
分光計の光学システムは、ツェルニー ターナー (C{{1}T) 構成またはその修正バリアントを中心に構築されるのが最も一般的です。 C-T レイアウトは、コンパクトな機械的パッケージング、優れた迷光除去、簡単な光学調整、幅広い波長適応性を特徴としており、現代の商用分光計の主要な光学アーキテクチャとなっています。
(図: 古典的なツェルニー-ターナーの光学構成の光線追跡図)
光学設計者は、ターゲットの動作波長帯、機器全体のサイズ、および必要なスペクトル分解能に基づいて、適合する格子パラメーター (溝密度、ブレーズ波長、ブレーズ角度) を選択します。コリメートおよび集光ミラーの焦点距離と有効開口は、十分な開口数と高い集光効率を確保するために計算されています。
システムのイメージング品質を最適化するために、ミラーの傾斜角と曲率半径が調整されてコマ収差や非点収差などの単色収差が補正され、動作波長範囲全体にわたって一貫したスペクトル解像度が実現されます。光学レイアウトを最終決定した後、プロ仕様の光学設計ソフトウェアを使用して数値シミュレーションと完全な光線追跡解析を実施し、システムの解像度、迷光レベル、スペクトル エネルギー分布を評価します。-
CNI Optics は、カスタマイズされた分光計の光学設計において豊富な経験を誇ります。当社は、オーダーメイドの光学レイアウト設計、収差補正、全体的なパフォーマンスの最適化を提供し、UV (紫外線) から NIR (近赤外線) までのフルスペクトル検出の需要に対応します。{{1}
グレーティングの選択
光学システムを設計する際には、適切な回折格子を選択することが重要です。評価すべき重要なパラメータには、溝密度、ブレーズ波長、ブレーズ角度、回折効率、レーザー誘起損傷閾値 (LIDT) などがあります。グレーティングの仕様を独自の光学要件に適合させることで、システムのスペクトル分解能、光スループット、使用可能な波長範囲という 3 つの中心的な指標のバランスがとれます。
溝密度 (単位: ライン/mm または溝/mm) は、回折格子の分散能力を定義します。溝密度が高くなると、より大きな角分散と優れたスペクトル分解能が得られますが、検出器アレイ上に画像化できる総波長帯域は狭くなります。当社の標準グレーティング ラインナップは 300 ～ 3600 本/mm をカバーしており、広帯域-スクリーニングと超-高解像度-分析テストの両方に適しています。
ブレーズ波長は、指定された回折次数内で回折格子がピーク回折効率に達する特定の波長を示します。ターゲット スペクトルの中心波長に近いブレーズ波長を指定すると、光スループットが最大化され、システムの信号対雑音比 (SNR) が向上します。--。
高出力レーザーのセットアップまたは高-光束スペクトル機器の場合、回折格子のレーザー誘起損傷しきい値は、高光出力密度下での永久的な光劣化を回避するために重要な仕様です。-
CNI Optics は、さまざまな溝密度とブレーズ波長を備えた一連の平面反射回折格子を提供しています。当社の回折格子は、高いピーク回折効率、超低迷光、優れた熱安定性を特徴としており、さまざまな産業および実験室用途の要求を満たします。-
一般的なアプリケーション
回折格子は、以下に示すような幅広い光学分析機器のコア分散コンポーネントとして機能します。
- 蛍光分光法: 励起波長帯と発光波長帯を分離して、サンプルの蛍光強度とスペクトル分布を測定します。
- ラマン分光法: 強力なレイリー散乱背景からの微弱なラマン散乱信号を分解するには、高解像度の回折格子が必要です。-
- UV-可視吸収分光法: 紫外および可視帯域にわたる吸光度を測定することにより、サンプルの濃度と化学結合構造を特徴付けます。
- 赤外分光分析: NIR (近赤外) および MIR (中赤外) の範囲で特徴的な分子吸収バンドを検出することにより、定性および定量的な材料組成分析を実行します。
- LIBS (レーザー-誘起破壊分光法): レーザー-誘起プラズマによって生成された原子発光スペクトルを捕捉し、迅速な多元素定量分析を実現します。-
- 産業および環境のオンライン モニタリング: 優れた長期安定性とコンパクトな機械設置面積により、リアルタイムのガス検出、水質分析、色測定に広く導入されています。{0}{1}{1}
CNI Optics は、高度な回折格子製造技術、厳格な全プロセス品質管理、柔軟なカスタム製造能力を活用して、オーダーメイドの光学コンポーネントと統合スペクトル測定ソリューションを提供します。{1}{1}当社は学術研究のプロトタイプと大量の産業機器のカスタマイズの両方をサポートし、安定した高性能のハードウェアを供給して光学検出技術を進歩させています。-
お客様の技術要件に応じて、光学パラメータとシステム アーキテクチャを完全にカスタマイズできます。カスタム開発のニーズがある場合は、いつでも当社のチームにご連絡ください。当社の光学エンジニアリングチームは、お客様の機器の仕様に合わせて最適化された光学ソリューションをカスタマイズします。
