Универсальный компактный монохроматор-спектрограф M150

Монохроматор-спектрограф М150 представляет собой компактный короткофокусный прибор бюджетного класса, сочетающий высокую функциональность с исключительными техническими характеристиками, характерными для крупногабаритных установок. Ключевыми преимуществами прибора являются высокая светосила (F/3.6) и низкий уровень рассеянного света, что позволяет эффективно решать широкий спектр задач: измерения флуоресценции, отражения и пропускания в УФ-ИК диапазонах, анализ спектрального состава источников излучения и многоканальную спектроскопию.

Конструкция прибора включает один входной и два выходных оптических порта. На вход может быть установлена стандартная или опциональная скрещенная щель. Выходные порты позволяют реализовать различные конфигурации: установку двух выходных щелей, комбинацию щели и детектора или одновременное использование двух детекторов. Стандартная комплектация включает автоматизированную турель с тремя дифракционными решетками (доступны варианты с одной или двумя решетками). Стандартная оптика с покрытием Al+MgF₂ оптимизирована для УФ-области. Опционально предлагаются покрытия Al+SiO₂ или золотом для работы в ИК-диапазоне.

Управление основными функциями автоматизировано: сканирование спектра, смена решеток и фильтров, регулировка ширины входной щели и работа затвора для вычета фона. Выбор выходного порта осуществляется вручную механическим переключателем. Программное обеспечение SolarLS.LAB обеспечивает полную автоматизацию измерений, включая многократное сканирование, получение и обработку панорамных спектров. Для интеграции в custom-системы предоставляются программные модули (DLL, драйверы LabVIEW).

Опционально доступна модификация Imaging с компенсатором астигматизма на основе цилиндрического зеркала. Данная опция необходима для многоканальных измерений и работы с матричными детекторами в режиме двумерного изображения, обеспечивая корректную передачу пространственного распределения интенсивности.

Чрезвычайно высокая светосила (F=1:3,6) позволяет использовать дифракционный прибор М150 для самого широкого круга рутинных задач, включая измерения флуоресценции, отражения и пропускания в широкой спектральной области от УФ до ИК, изучение спектрального состава источников света, многоканальную спектроскопию и прочие применения

Низкий уровень рассеянного света, обусловленный высоким качеством оптической схемы и тщательной конструкторской проработкой корпуса прибора, позволяет получать оптимальное соотношение сигнал/шум

Три дифракционных решетки, установленные на автоматизированной турели, охватывают максимально широкий спектральный диапазон с помощью одного компактного прибора.

Оба выходных порта М150 имеют полноценное плоское поле размером 30х10мм и позволяют подсоединять по Вашему выбору или две выходных щели, или выходную щель и многоканальный детектор, или два детектора одновременно

Высокая степень автоматизации М150 стандартно охватывает сканирование и смену дифракционных решеток, смену фильтров разделения порядков, регулировку ширины входной щели и работу затвора (шаттера) для автоматического вычитания фона. Выбор рабочего выходного порта осуществляется вручную с помощью переключателя портов, расположенного на верхней крышке прибора. Прецизионная регулировка ширины выходных щелей осуществляется вручную с помощью микровинтов

Обе выходные щели М150 оснащены прецизионными устройствами фокусировки щелей.

Адаптеры детекторов М150 имеют возможность удобной юстировки детектора по фокусу.

Версия IMAGING (Опция) предполагает установку цилиндрического поворотного зеркала, обеспечивающего компенсацию астигматизма для обоих выходных портов прибора. Это позволяет заводить излучение в М150 с помощью набора оптических волокон, расположенных вдоль входной щели, а также считывать сигнал с матричных детекторов не только в режиме суммирования строк (Binning), но и в режиме получения двумерного изображения (Imaging)

Программное обеспечение SolarLS.LAB обеспечивает автоматическую работу системы с многократным сканированием и сменой решёток и фильтров, получением панорамных спектров, их демонстрацией и автоматической сшивкой, а также обработкой спектров.

Программные модули DLL, драйвера LabVIEW или СПОАИ (разработка Акметрон) поставляются по Вашему требованию в комплекте с дифракционным монохроматором М150 и позволяют организовать управление прибором в рамках общей управляющей программы Вашего приборного комплекса

М150 содержит один входной порт и два выходных порта. На входной порт устанавливается либо стандартная входная щель, либо (опционально) скрещенная входная щель. Входная щель автоматизирована, управление шириной раскрытия ножей осуществляется из программного обеспечения прибора.

Дифракционный монохроматор-спектрограф М150 содержит турель из трех дифракционных решеток. По Вашему выбору количество решеток на турели может быть уменьшено до двух или одной шт.

Стандартная оптика представляет собой сферические и плоские зеркала с покрытием Al+MgF2, оптимизированным для высокой эффективности в УФ-области спектра. Опционально прибор может содержать оптику с покрытием Al+SiO2 или с золотым покрытием для высокой эффективности в ИК-области.

На выходные порты дифракционного спектрографа М150 могут быть установлены или две выходных щели, или одна выходная щель и детектор, или два детектора одновременно.

Прямой (Аксиальный) и боковой (Радиальный) выходные порты работают поочередно. Выбор порта осуществляется вручную с помощью переключателя портов, расположенного на верхней крышке прибора. Переключатель переводит поворотное зеркало, направляющее излучение на боковой (Радиальный) выходной порт в рабочее положение. В нерабочем положении переключателя излучение проходит на прямой (Аксиальный) выходной порт.

Возможна поставка прибора с одним выходным портом (Аксиальным). Если Радиальный выходной порт не используется, на него устанавливается заглушка.

ОСОБЕННОСТИ ОПТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

М150 является уникальным короткофокусным монохроматором, который при своих небольших размерах имеет чрезвычайно высокую светосилу (относительное отверстие 1: 3,6).

Основной сложностью, возникшей при разработке оптической схемы M150, была необходимость обеспечить высокое оптическое качество в рамках миниатюрного короткофокусного прибора с оптическими элементами больших размеров и большими углами на зеркалах и решетках. Эта задача была решена на базе модифицированной оптической схемы Черни-Тернера, в которой входная щель и выходная щель (центр спектра) расположены несимметрично относительно дифракционной решетки.

Уникальное сочетание высокой светосилы и беспрецедентного качества линии было достигнуто путем тщательной оптимизации фокусных расстояний коллиматорного и камерного зеркал, а также соотношений углов на оптических элементах. Для модификации M150i (Imaging) был разработан компенсатор астигматизма, который устанавливается в оптической схеме M150 вместо первого поворотного зеркала и обеспечивает отсутствие астигматизма для обоих выходных портов прибора.

Другой сложностью, которая возникла при разработке M150 и была блестяще решена нашими конструкторами, была необходимость вместить в миниатюрный дизайн максимум функциональности и удобств для пользователя.

В результате появился M150 — многофункциональный короткофокусный монохроматор-спектрограф, обладающий уникальным сочетанием технических характеристик и укомплектованный всеми опциями, присущими крупногабаритным монохроматорам и спектрографам. M150 содержит два выходных порта с плоским полем и возможностью полноценной работы с ними. На любой из портов может быть установлена выходная щель с механизмом ее плавной фокусировки или CCD детектор с адаптером, обеспечивающим его удобную регулировку по фокусу.

Большое плоское поле спектрографа М150 размером 30мм x 10мм обеспечивает широкий интервал одновременной регистрации спектра с помощью CCD-детектора и возможность качественной программной сшивки спектров, полученных посредством нескольких сканов.

М150 также совместим со всеми аксессуарами – колесо фильтров разделения порядков, адаптеры для согласования апертур волокна и монохроматора, адаптеры для сбора излучения в оптическое волокно и др.

КОМПЕНСАЦИЯ АСТИГМАТИЗМА

Астигматизм в целом присущ всем спектральным приборам и выражается в том, что точка на входной щели изображается в плоскости изображения в виде вертикального отрезка. Величина астигматического отрезка для М150 составляет 8мм в центре плоского поля и соответственно 6,5мм и 10мм по краям поля. Наличие астигматизма обычно не ухудшает разрешающей способности прибора, но, в зависимости от высоты используемого детектора, может ощутимо влиять на общую чувствительность системы.

Исправление астигматизма является обязательным в многоканальной спектроскопии, если требуется адекватно передать распределение освещенности вдоль щели, а также при использовании приборов с матричными детекторами в режиме двумерного изображения (Imaging).

Компенсатор астигматизма в M150i (модификация Imaging) представляет собой цилиндрическое зеркало, которое устанавливается после входной щели вместо плоского поворотного зеркала и обеспечивает компенсацию астигматизма для обоих выходных портов прибора. Введение компенсатора астигматизма в оптическую схему позволяет исправить астигматизм в плоскости выходной щели до величины порядка 50мкм. Это обстоятельство нужно учитывать при расчете ожидаемого оптического разрешения прибора с конкретной решеткой. 

Модификация	Состав
M150-III	стандартная оптика и турель с 3-мя дифракционными решетками
M150-II	стандартная оптика и турель с 2-мя дифракционными решетками
M150-I	стандартная оптика и одна дифракционная решетка
M150i-III	Imaging оптика (компенсатор астигматизма) и турель с 3-мя дифракционными решетками
M150i-II	Imaging оптика (компенсатор астигматизма) и турель с 2-мя дифракционными решетками
M150i-I	Imaging оптика (компенсатор астигматизма) и одна дифракционная решетка

Основные метрологические и технические характеристики:

• Спектральный диапазон: Стандартный 190-3600 нм;
• Оптическая схема: Оптимизированная схема Черни-Тернера с одним оптическим входом и двумя выходами;
• Опция двумерной визуализации: на обоих выходных портах;
• Относительное отверстие: 1:3,6;
• Фокусное расстояние: 142 мм;
• Плоское поле: 30 x 10 мм;
• Дифракционные решетки: 40x40x10 мм, одна решетка или турель с 3 решетками;
• Регулировка щелей: автоматическая и ручная;
• Ширина щели: 0-3 мм;
• Высота щели: 10 мм;
• Параллельность щелей: ±1 мкм;
• Точность деления микрометра: ±1 мкм;
• Размер шага: 0.00275 мкм;
• Погрешность: ±1 мкм;
• Турель фильтров: автоматическое переключение;
• Макс. количество фильтров: 6;
• Стандартное количество фильтров: 5;
• Размер фильтра: 20 мм;
• Световая апертура: 18 мм;
• Шаттер: программно управляемый, для измерения темнового сигнала;
• Интерфейс связи: High-Speed USB;
• Габариты: 308 мм х 26 мм х 188 мм;
• Масса: 8 кг.

Плотность штриховки, штр/мм	1800	1200	900	600	600	400	300	200	100	100
Длина волны в блеске, нм	270	400	600	750	1000	800	1500	1500	2000	500
Обратная дисперсия, нм/мм	3.2	4.9	6.4	9.8	9.4	15.2	20.1	30.4	63	68
Спектральный диапазон, нм	190–540	265–800	400–1200	500–1500	660–2000	530–1600	1000–3000	1000–3000	1330–4000	330–1000
Интервал регистрации МД, нм	81	126	165	250	120	194	257	388	800	870
Спектральное разрешение, нм	0.2	0.3	0.4	0.6	0.6	0.95	1.25	1.9	3.8	4.2

Монохроматор-спектрограф M150 предлагает расширенный набор опциональных компонентов и аксессуаров, обеспечивающих эффективное решение различных экспериментальных задач. Конфигурация системы позволяет осуществлять сбор оптического излучения как от близко расположенных объектов, так и от удаленных источников. Доставка сигнала в прибор может реализовываться с помощью оптического волокна и без него.

Ключевые опции и аксессуары:

• Автоматизированная турель порядковых фильтров;
• Адаптеры для апертурного согласования;
• Адаптеры для ввода излучения в волокно;
• Конденсоры для прямого ввода в монохроматор;
• Специализированная скрещенная входная щель;
• Оптические волокна;
• Адаптеры для многоканальных детекторных систем;
• Многоканальные детекторы;
• Объективы Кассегрена;

Все выходные порты оснащены прецизионными механизмами фокусировки щелей, а детекторные адаптеры обеспечивают точную юстировку положения детектора относительно фокальной плоскости. Конструкция адаптера предусматривает возможность регулировки угла наклона детекторной плоскости для оптимизации качества регистрируемого сигнала. Адаптеры серии PS-2 и PS-3 предназначены для сбора излучения в широком угловом диапазоне с последующей эффективной передачей в оптическое волокно. Модель PS-2 отличается повышенным пропусканием в УФ-области, а PS-3 предусматривает установку краевых фильтров для отсечки нежелательных спектральных компонентов. Объективы Кассегрена обеспечивают работу с объектами, расположенными на расстоянии от 3,5 метров до бесконечности, что делает их идеальным решением для дистанционных измерений. Выходная щель М150 содержит 4 отверстия М3, позволяющие Вам при необходимости закрепить на корпусе щели собственный детектор. 

Детекторные системы:

Многоканальные CCD матрицы ANDOR Technology:

• Серия iVac, модель DR 324B-FI: ПЗС-матрица с фронтальной подсветкой, охлаждение UltraVacTM до -60°C, спектральный диапазон 400-1000 нм, разрешение 1650×200 пикселей (16×16 мкм), светочувствительная зона 26.4мм х 3.2мм, АЦП 16 бит;
• Серия iDus:
  • модель DV 401A-BV, задняя подсветка, охлаждение до -70°C, спектральный диапазон 200-1000 нм, разрешение 1024×127 пикселей (26×26 мкм) светочувствительная зона 26.6 мм х 3.6мм, АЦП 16 бит;
  • модель DU 401A-BV, задняя подсветка, охлаждение до -100°C, спектральный диапазон 200-1000 нм, разрешение 1024×127 пикселей (26×26 мкм) светочувствительная зона 26.6 мм х 3.6мм, АЦП 16 бит;
• Серия Newton, EMCCD:
  • o модель DU970P-FI: EMCCD с фронтальной подсветкой и электронным усилением, спектральный диапазон 400-1000 нм, охлаждение до -100°C, разрешение 1600х200 пикселей (16мкм х16мкм), двойной выходной усилитель, crop mode, скорость считывания до 3MГц, АЦП 16 бит;
  • o модель DU970P-BV: EMCCD с задней подсветкой и электронным усилением, спектральный диапазон 200-1000 нм, охлаждение до -100°C, разрешение 1600х200 пикселей (16мкм х16мкм), двойной выходной усилитель, crop mode, скорость считывания до 3MГц, АЦП 16 бит;
• Серия iStar, Gated iCCD: DH320T-25U-03, камера с затвором и усилителем яркости, спектральный диапазон 200-900 нм, CCD 124×256 100% фактор заполнения, трубка 25мм, фотокатод Gen2 Multialkali S20, интегрированный цифровой генератор задержки, 3 нс Crop Mode сенсор, порт продувки, интерфейс USB;

Двумерные матрицы HAMAMATSU (200-1100 нм):

• Модели U2C-16H7306/7307
• Модели U2C-16H7316/7317
• Модель U2C-16H10426
• Модель U2C-16H11516
• Модель U2C-16H11850
• Модели U2C-16H101409/101419

Линейные датчики INGAAS HAMAMATSU для ИК-диапазона 900-1700 нм (до 2600 нм):

• Модель UC-16H9041
• Модель UC-16H912
• Модель UC-16H914
• Модель UC-16H908

Линейные неохлаждаемые датчики (200-1100 нм):

• Модель UC-12T3: датчик TCD1304, спектральный диапазон 190-1100 нм, 3648 пикселей (8 мкм), АЦП 14 бит, АЦП 14 бит;
• Модель UC-12T2: датчик TCD1205, спектральный диапазон 200-1100 нм, 2048 пикселей (14 мкм), АЦП 14 бит;
• Модель U2C-14H13496: датчик S13496, спектральный диапазон 200-1000 нм, 4096 пикселей (7 мкм), АЦП 14 бит;
• Модель U2C-14H11639: датчик S11639-01, спектральный диапазон 200-1000 нм, 2048 пикселей (14 мкм), АЦП 14 бит;