Исследование методов улучшения характеристик многоканальных спектрометров для атомно-эмиссионного анализа
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?й-либо спектральной линии на полувысоте. Чем уже линия, тем лучше разрешающая способность дифракционной решётки.
В принципе, два вышеописанных способа определения разрешающей способности дифракционной решётки есть почти одно и тоже, но при использовании вместе они являются взаимодополняющими.
.3Результаты исследования характеристик вогнутых дифракционных решёток
На рис. 3.7 приведен участок спектра 334 нм - мультиплет из близкорасположенных линий, полученный на разных решетках. Как и следовало ожидать, ВДР МФС-8 и ДФС-458 (1800 штр/мм) разрешают меньшее количество линий, чем ВДР ДФС-51, ВМК-1 и ВМК-2 (2400 штр/мм). На рис. 3.8 показана зависимость ширины спектральных линий от длины волны на полувысоте. Видно, что в области 350 нм разрешение решётки ВМК-2 становится на 10% хуже разрешения решётки ВМК-1, однако, с уменьшением длины волны разрешение ВМК-2 становится даже выше, чем разрешение ДФС-51. На рис. 3.9 показаны зависимости интенсивностей спектральных линий, полученных на исследуемых решетках от длины волны по отношению к МФС-8. На графике видно преимущество в светосиле неклассических решётокДФС-458, ВМК-1 и ВМК-2 по сравнению с классическими решетками ДФС-51 и МФС-8. Это достигается как за счет увеличения заштрихованной области, так и за счет компенсации астигматизма. Также из рисунка следует, что интенсивности линий решётки ВМК-2 в области 200 нм в два раза больше интенсивностей линий решётки ДФС-458, и в 3.5-4 раза больше, чем у решетки ВМК-1, а в области 330нм интенсивности линий решётки ВМК-2 сравнимы с интенсивностями линий решётки ДФС-458, и в 2 раза больше, чем у решётки ВМК-1. Так как измерение астигматизма для этих трёх решеток дало близкие результаты, то меньшая светосила решетки ВМК-1 связана, по-видимому, с низким качеством поверхности штриха.
Можно сделать вывод, что трёхкратное увеличение интенсивности линий решётки ВМК-2 по сравнению с ВМК-1 влечёт за собой лишь 10% ухудшение разрешающей способности в области 330 нм. Это как - бы является платой за хорошую светосилу. Но в области 200 нм решётка ВМК-2 лучшая по всем параметрам Поэтому, наиболее подходящая решётка для спектрометра высокой светосилы и высокой разрешающей способности - решётка ВМК-2.
Рис. 3.7 Участок спектра 334 нм, полученный на разных решетках
Измерение обратной линейной дисперсии дало результаты, представленные в таблице 1
Таблица 1 Обратная линейная дисперсия
Решётка200250330ВМК-14,0273,9893,787ВМК-24,1194,0943,899ДФС-4585,4535,4465,324МФС-85,5545,5435,476ДФС-514,634,5974,459
Источниками ошибок при измерении интенсивности спектральных линий являются:
-Дрейф + непостоянство интенсивности излучения источника спектра: 5%
Шум темнового сигнала: 0.05(%)
Общая ошибка при измерении интенсивности спектральных линий составляет 5%.
Источниками ошибок при измерении ширин спектральных линий являются:
Неточность выставления ширины входной щели: 5%
Неточность определения ширин спектральной линии на полувысоте: 10%
Общая ошибка при измерении ширин спектральных линий составляет 5%
4. Измерение квантовой эффективности многоэлементного твёрдотельного детектора
.1Теория
Итак, как было сказано выше, одной из самых важных характеристик фотодиода является спектральная чувствительность или, что эквивалентно, квантовая эффективность. Спектральная чувствительность однозначно связана с квантовой эффективностью фотоприемника через его физические параметры.
По определению, квантовая эффективность калиброванного диода определяется как
где -число падающих фотонов, -число рождённых этими фотонами фотоэлектронов. Схема измерения фототока калиброванного фотодиода приведена на рис. 4.1
где - напряжение диода (напряжение на усилителе), - сопротивление обратной связи усилителя. За время t на диоде накапливается заряд
С другой стороны, общий заряд есть число фотоэлектронов, умноженное на заряд электрона:
Из двух последних формул следует, что
Энергия падающего потока E есть число падающих фотонов, умноженное на энергию одного кванта
Мощность засветки диода
С другой стороны
здесь - плотность мощности излучения, - площадь фотодиода.
Тогда
Таким образом, для плотности мощности излучения имеем:
(4.1)
Эквивалентная схема измерения фототока одного пикселя ТДИ приведена на рис.4.2 [1]. Ёмкость фотодиода заряжается до некоторого напряжения. Под действием света через фотодиод протекает ток, пропорциональный засветке, который разряжает ёмкость диода. Через некоторый промежуток времени фотодиод опять соединяется с общей шиной, через которую происходит подзарядка его ёмкости. Считывание сигнала состоит в измерении величины заряда, необходимой для подзарядки диода.
Заряд ёмкости
где - величина сигнала пикселя в компьютере в относительных единицах, - выходная ёмкость пикселя, - напряжение зарядки выходной ёмкости.
Число фотоэлектронов
Энергия падающего на ТДИ потока
Мощность засветки ТДИ
С другой стороны
Тогда
Окончательно
Итак, квантовая эффективность ТДИ выражается через квантовую эффективность калиброванного диода по следующей формуле
(4.2)
Спектраль