Cпектрометры серии BIM-6002A от компании Brolight Technology

1. Общее описание спектрометра

Рисунок 1 – Общий вид спектрометра BIM-6002A

Производитель Brolight Technology разработал широкий спектр моделей серии BIM-6002A, которые легко управляются с помощью специального программного обеспечения (ПО) BSV. ПО является достаточно простым и адаптированным под пользователя.

Ключевые особенности:

• удобный и компактный спектрометр, размером с визитку;
• скрещенная оптическая схема Черни-Тернера;
• интерференционный фильтр для устранения вторичного дифракционного спектра;
• стандартный оптоволоконный разъем SMA905;
• возможность выбора диапазона длин волн и оптического разрешения;
• интерфейс USB 2.0 для передачи данных и питания;
• интерфейс RS232/RS422;
• возможность установки цилиндрической линзы детектора;
• автоматическое отображение максимальной длины волны и FWHM;
• крепежные отверстия для монтажа.

2. Комплектность оборудования 

К стандартному комплекту поставки спектрометра Brolight относится (рис. 2):

• спектрометр;
• кейс для хранения и транспортировки;
• кабель USB;
• программное обеспечение и руководство пользователя;
• отчет о калибровке.

Рисунок 2 – Комплектация спектрометра  

Дополнительно можно приобрести патч-корд с разной пропускной способностью и необходимыми коннекторами с двух сторон. В качестве стандартного патч-корда используются коннекторы SMA905, как и в других спектрометрах.

В зависимости от длины патч-корда интенсивность пропускания может измениться, но незначительно.

3. Оптический модуль

Оптический модуль достаточно компактный, что позволяет интегрировать его в более масштабную оптическую систему (рис. 3).

Рисунок 3 – Геометрия спектрометра

На боковых панелях установлен оптический вход для коннекторов с разъемом SMA905.

4. Принцип работы

Спектрометры серии BIM-6002A построены на оптической схеме Черни-Тернера (отклонение 2-го и 3-го порядка), как и многие спектрометры, доступные на рынке. Данное оборудование может обеспечить высокое оптическое разрешение, высокую чувствительность, низкий уровень рассеянного света и быстрый спектральный отклик.

Общий принцип работы спектрометров построен на одной оптической схеме, и он не отличается, например,  от принципа работы спектрометров серии SE от Oto Photonics или спектрометров серии ATP2400 от компании Optosky Photonics.

5. Модели спектрометров серии BIM-6002A

В данном пункте приведены все серийные модели спектрометров серии BIM-6002A (таблица 1).

Таблица 1. Модели спектрометров серии BIM-6002A

*L01 — это линза K9, а L02 — кварцевая линза, которая имеет улучшенные характеристики.

При необходимости возможны изменения схемы под необходимый диапазон длин волн и разрешение спектрометра.

Также к некоторым моделям можно добавить цилиндрические линзы для увеличения чувствительности спектрометра.

Допустимо изменение решетки в схеме спектрометра (таблица 2).

Таблица 2. Вариация решеток

При использовании решетки с 1800 штрихами ширина диапазона длин волн в длинноволновом направлении может не достигать 233 нм.

Параметры спектрометра, который тестировали в лаборатории «ЛЛС», представлены в таблице 3.

Таблица 3. Параметры спектрометра модели BIM-6002A-10, партномер S03L02F06G02

6. Программное обеспечение BSV

Минимальные требования к компьютеру для установки программного обеспечения указаны в таблице 4.

Таблица 4. Минимальные требования к компьютеру

Рабочее поле программного обеспечения визуально разделено на четыре области (рис. 6):

Рисунок 6 – Общий вид программного обеспечения

1) Общее меню;
2) Поле общих настроек измерения;
3) Панель настройки измерения;
4) Поле отображения спектров.

Рассмотрим функциональные поле немного подробнее, чтобы раскрыть весь потенциал программного обеспечения.

Общее меню

Каждая кнопка меню имеет подменю, которое раскрывается при нажатии кнопки (рис. 7). 

Рисунок 7 – Общий вид меню

При выборе меню File открывается поле, в котором можно выбрать, что делать с файлом: импортировать, сохранить, распечатать или выйти из программы. Меню Measurement позволяет создать новое измерение, поставить на паузу измерения, вызвать диспетчер устройств, произвести однократную запись спектра, сохранить эталонный спектр и обозначить фоновый (темновой) спектр.

В меню View можно откорректировать общий вид программного обеспечения, а также выбрать единицы измерения по оси X.

Time Series позволяет изменить и сохранить общие настройки экспериментального исследования спектров.

Option открывает общую панель параметров, а с помощью Help можно вызвать инструкцию к программному обеспечению. 

Поле общих настроек измерения

Данное поле позволяет оперативно проводить измерения спектров, а также корректировать в режиме реального времени некоторые настройки измерения (рис. 8). 

Рисунок 8 –Поле общих настроек измерения

Для более наглядного понимания каждой кнопки ниже приведена Таблица 5.

Таблица 5. Поле общих настроек измерения

	Создание нового измерения
	Панель диспетчера устройств
	Остановка получения спектральных данных
	Выполнение однократного измерения спектральных данных
	Продолжение получения спектральных данных
	Сохранение эталонного спектра
	Сохранение фонового спектра
	Восстановление дисплея, чтобы отобразить полный вид поля спектров
	Масштабирование по оси X
	Масштабирование по оси Y
	Увеличение ось X
	Увеличение ось Y
	Приблизить график
	Уменьшить график
	Приблизить к определенной части графика
	Настройки координат
	Импорт данных
	Экспорт данных
	Менеджер записи
	Показать таблицу данных, которые записываются при запуске измерения
	Распечатать активный график
	Копирование спектральных данных в буфер обмена
	Сохранение скриншотов

Панель настройки измерения

Большой интерес представляет именно данное поле, так как качество проводимого измерения определяется именно здесь (рис. 9).

Рисунок 9 – Панель настройки измерения

Рассмотрим более детально каждую функцию в таблице 6.

Таблица 6. Функции поля настройки измерения

Integration Time – время интегрирования	Настройка времени интеграции для спектра
Boxcar Width – ширина выравнивание	Ширина выравнивания спектра
Scans Average – усреднение сканирования	Укажите значение прописанных спектров для расчета среднего значения (должно быть ≥1)
Trigger Mode – режим триггера	Доступно несколько режимов: Normal (В этом режиме спектрометр использует определяемые пользователем время интегрирования и непрерывно сканирует ПЗС-матрицу) Software (В этом режиме сигнал ExtTrigIn действует как переключатель включения. Если значение ExtTrigIn остается ВЫСОКИМ, спектрометр будет регистрировать спектр, как если бы он работал в обычном автономном режиме. Если ExtTrigIn оставить НИЗКИМ, спектрометр не будет регистрировать спектр.) Synchronization (В этом режиме время интегрирования по существу вводятся в спектрометр. Синхронизированный триггер должен иметь частотный диапазон от 4 мс до 10 с. Если входной сигнал внешнего триггера не подается, спектрометр не будет снимать спектры, а программное обеспечение будет отображаться как «замороженное» до тех пор, пока не будет обнаружен входной сигнал внешнего триггера. При непрерывном ExtTrigIn спектрометр подает необходимые сигналы на ПЗС. Существует небольшая задержка между моментом, когда ExtTrigIn становится ВЫСОКИМ, и началом периода интеграции. Время составляет 10-20 мкс. Временной интервал двух триггерных сигналов должен составлять от 4 мс до 10 с.) External Hardware (В этом режиме спектрометр использует время интегрирования, определяемое программным обеспечением BSV; однако период интегрирования не начинается до тех пор, пока входной сигнал внешнего триггера (ExtTrigIn) не станет ВЫСОКИМ. Если входной сигнал внешнего триггера не подается, спектрометр не будет принимать никакого спектра, а программное обеспечение будет отображаться как «замороженное» до тех пор, пока не будет обнаружен входной сигнал внешнего триггера. Когда ExtTrigIn становится ВЫСОКИМ, спектрометр подает необходимые сигналы на ПЗС. Существует небольшая задержка между моментом, когда ExtTrigIn становится ВЫСОКИМ, и началом периода интеграции. Время составляет 10-20 мкс. Интервал запускающего сигнала должен быть более 4 мс.) Trigger Output (Импульс запуска синхронного выхода. При выборе этого режима триггера отображаются три поля ввода, как показано ниже:  Высокий уровень: продолжительность высокого уровня в течение импульсного периода. Низкий уровень: продолжительность низкого уровня в течение импульсного периода. Число импульсов: количество выходных импульсов в цикле интегрирования.)
PEAK	Отображение пиков на графике спектра
FWHM	Отображение полуширины графика спектра
CWL	Отображение центральной длины волны на графике спектра
Remove Background Light – удаление фонового спектра	Функция, позволяющая скрыть фоновый спектр
Temperature – температура	Коррелированная цветовая температура от источника света
Nonlinear correction – нелинейная коррекция	Опция обработки нелинейной коррекции

Все получаемые спектры имеют данные, которые можно открыть и сохранить в другом формате, например, xls. 

7. Примеры измерений

В качестве источника излучения использовался источник белого света от Thorlabs SLS201L с диапазоном рабочих длин волн от 360 нм до 2600 нм. Спектр источника представлен на рисунке 11. 

Рисунок 11 – Спектр источника SLS201L при выдержке 500 мкс

Далее использованы комплектные фильтры от камеры профилометра DataRay BladeCam2-HR, ND-1, ND-2 и ND-4, имеющие разный коэффициент пропускания на видимом диапазоне (рис. 12). 

Рисунок 12 – Спектры пропускания фильтров DataRay ND-1, ND-2 и ND-4

В итоговом приближении при наложении спектров (исходного и с фильтрами) мы получаем спектр на рисунке 13. 

Рисунок 13 – Спектры пропускания источника с фильтрами

В данном случае видно, что у фильтра ND-1 самый высокий коэффициент пропускания, а у ND-4 – самый низкий, так как видимый диапазон не пропускается.

Отметим также, что время интегрирования для каждого измерения выбиралось автоматически, так как одно и тоже значение либо зашкаливало интенсивность, либо мощности света не хватало. Время интегрирования отображает, как долго получается один спектр. Чем дольше время интегрирования, тем сильнее интенсивность получаемого спектра.

Спектрометры обладают большим функционалом и малыми габаритами. Их легко встроить в готовое устройство для проведения мониторинга систем, а также удобно использовать в качестве лабораторных исследований. Малые габариты и широкий перечень настроек позволяет оптимизировать весь процесс под необходимую задачу. Легко проводятся измерения спектров в разных областях применения, что является преимущественным для проведения исследовательских работ.

Авторы статьи: Раъно Кашина, Виктория Васильева

Данное оборудование протестировано инженерами АО «ЛЛС» и при наличии дополнительных вопросов просим обратиться к специалистам компании. 

Получить дополнительную информацию вы можете, обратившись к нашим специалистам. Мы с радостью поможем сделать вам правильный выбор именно для вашего применения.




Васильева Виктория
Ведущий инженер по спектрометрам и образовательным продуктам