Эшелле-спектрометр с временным разрешением

Введение в продукт

Спектрометры с временным стробированием на основе эшелле-решётки серии EchelleSpec, разработанные компанией CISS, представляют собой интеграцию эшелле-спектрометра с детектором с усилением изображения серии «Chasing Light». Эшелле-спектрометр использует схему кросс-дисперсии, сочетающую эшелле-решётку и призму для формирования двумерного спектра. Детектор серии «Chasing Light» имеет сенсор размером 1.1 дюйма, что позволяет прибору регистрировать полный спектральный диапазон 200–900 нм за одно измерение, с максимальным разрешением 0.03 нм. Отсутствие подвижных оптических элементов обеспечивает компактную конструкцию и высокую надёжность.

Благодаря наносекундной длительности оптического затвора камеры «Chasing Light» (2 нс) и точности синхронизации 10 пс, прибор обеспечивает прецизионное детектирование спектральных сигналов и оптическое усиление более чем в 1000 раз.

Даже при сверхслабых сигналах на уровне одиночных фотонов EchelleSpec сохраняет высокую чувствительность. Его прочная, компактная конструкция сочетает производительность и стабильность, что делает его идеальным для промышленных и научных применений.

EchelleSpec широко используется в лазерно-индуцированной эмиссионной спектроскопии (LIBS), эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (ICP), спектроскопии плазмы и рамановской спектроскопии. Кроме того, он подходит для астрономических исследований (например, исследование спектров планет и галактик), а также для других научных и промышленных задач.

Особенности и преимущества

1. Регистрация широкого спектрального диапазона 200–900 нм за одно измерение:

Серия EchelleSpec использует двумерную кросс-дисперсионную оптическую систему, сочетающую эшелле-решётку и призму. Эта конструкция позволяет получать весь спектральный диапазон 200–900 нм за одну экспозицию с сохранением высокого разрешения. По сравнению со спектрометрами на решётках с высокой плотностью штрихов, EchelleSpec не требует переключения решёток или сшивки спектров. Внутренняя конструкция не содержит движущихся частей, что повышает стабильность и надёжность. Кроме того, при эквивалентном уровне разрешения EchelleSpec имеет меньшее фокусное расстояние, более компактную конструкцию и меньший объём.

Изображение: камера с усилением изображения серии «Chasing Light» обеспечивает одномоментное покрытие спектрального диапазона 200–900 нм.

2. Спектральное разрешение до 0.03 нм:

Эшелле-решётка работает в высоких порядках дифракции, обеспечивая дисперсию в 5 раз выше, чем у обычных решёток. В сочетании с высоким пространственным разрешением камеры серии «Chasing Light» система достигает предельного разрешения 0.03 нм, что критически важно для разделения сложных спектральных структур.

Изображение: EchelleSpec позволяет чётко различать пики на 313.183 нм и 313.155 нм.

3. Ультракороткая длительность оптического затвора: 3 нс:

Спектрометр с временным стробированием EchelleSpec интегрирует камеру с усилением изображения, минимальная длительность оптического затвора которой составляет всего 3 нс. В приложениях лазерно-индуцированной эмиссионной спектроскопии (LIBS) возможность стробирования камеры эффективно подавляет паразитное излучение и непрерывный фоновый сигнал, обеспечивая регистрацию спектральных сигналов плазмы со значительно улучшенным отношением сигнал/шум.

Изображение: измеренная длительность оптического затвора камеры с усилением изображения достигает 2 нс.

4. Точность временной синхронизации до 10 пс:

Интегрированная IsCMOS-камера с усилением изображения в серии EchelleSpec поддерживает до трёх внешних каналов синхронизации и выхода триггерных импульсов с точностью задержки 10 пикосекунд и дрожанием синхронизации между каналами менее 35 пс (СКО). Во время сбора данных LIBS система обеспечивает точную временную синхронизацию и управление задержкой между спектрометром и лазером без необходимости дополнительных внешних устройств синхронизации. Это позволяет пользователям пропускать интенсивное паразитное излучение на начальной фазе формирования плазмы, обеспечивая получение спектров с высоким отношением сигнал/шум. Кроме того, встроенная функция автоматического сканирования с переменной задержкой контроллера синхронизации позволяет выполнять измерения спектров с временным разрешением по одному нажатию.

Изображение: каналы выхода триггерных импульсов с точностью задержки 10 пс.

5. Уникальная технология «Zero‑Noise» (нулевого шума):

Во время регистрации слабых спектральных сигналов собственный шум детектора может значительно ухудшать отношение сигнал/шум. Технология «Zero‑Noise» использует люминесцентные свойства фосфорного экрана для того, чтобы различать события, вызванные полезным сигналом (свечение экрана), и события, порождённые шумом самого sCMOS-датчика. В результате регистрируются и сохраняются только события от фосфорного экрана, а шум sCMOS полностью устраняется. Это обеспечивает значительно более чистый фон изображения, более высокое отношение сигнал/шум и выдающиеся результаты при работе со сверхслабыми сигналами. При спектральных измерениях базовая линия спектра приближается к нулю.

Изображение: Сравнение спектров LIBS (слева — без «Zero‑Noise», справа — с «Zero‑Noise»).

6. Чувствительность на уровне счёта одиночных фотонов:

Спектрометр EchelleSpec интегрирует sCMOS-камеру с усилением изображения, обеспечивая оптическое усиление более чем в 1000 раз в сочетании с передовыми технологиями подавления шума. Это позволяет эффективно усиливать сверхслабые сигналы на уровне одиночных фотонов до детектируемого порога. Даже чрезвычайно слабые спектральные сигналы от следовых элементов в образцах могут быть обнаружены с высокой чувствительностью. Эта возможность критически важна для быстрой идентификации следовых элементов в сложных образцах с помощью спектроскопии плазмы, так как гарантирует получение полезной информации от одного события возбуждения.

Изображение: Идентификация следовых количеств марганца в образце урановой руды.

7. Мощное и удобное программное обеспечение для сбора и анализа данных:

Программное обеспечение SmartCapture представляет собой единую платформу, объединяющую управление устройством, сбор данных, визуализацию, измерение, редактирование, анализ и хранение. Оно поддерживает преобразование «спектр-изображение» и включает калибровочные функции с базой данных элементов. Программа автоматически маркирует зарегистрированные спектральные пики, сопоставляет их с базой данных и отображает идентифицированные элементы непосредственно на спектральных пиках.