Como uma esfera integradora se comporta como um espectrofotômetro

Integrando noções básicas de esfera
A precisão de medição de um esfera de integração será, sem dúvida, impactado pelo seu design. A refração da luz dentro da esfera é afetada pela refletividade da superfície da esfera, bem como pelo tamanho e posicionamento das portas, detectores e defletores. A capacidade de uma esfera de integrar a luz pode ser afetada por todos esses fatores.

Esferas grandes com diâmetro de 150 mm têm propriedades de integração de luz mais altas e suas medidas são menos propensas a serem impactadas por pontos quentes produzidos pela amostra. Esferas menores têm integração de sinal menos eficaz, e a grande fração de porta que está frequentemente presente em esferas menores pode causar erros de medição graves devido à perda de fluxo.

Ao criar integrando esferas, é crucial garantir que o campo de visão do detector exclua qualquer área da superfície da esfera que seja imediatamente exposta ao feixe de amostra ou que receba a reflexão inicial do feixe de amostra. A iluminação direta do detector por luz transmitida por amostra é ainda mais crucial para medições de transmissão de dispersão. Em todos os cenários, a medição produziria um resultado enganoso.

O uso de defletores de blindagem do detector é um método típico para prevenir esses artefatos. Normalmente, estes são construídos a partir de seções substanciais de Spectralon ou metal que foi revestido com a mesma substância que a parede da esfera de integração. A luz que não experimentou pelo menos duas reflexões da superfície da esfera é impedida de ser vista pelo detector usando defletores. A barreira é assim colocada para impedir que os chamados reflexos de “primeiro ataque” entrem no campo de visão do detector.

Os defletores podem ser vistos como extensões de superfície esférica. Embora normalmente não seja significativo, sua contribuição para a área da esfera pode ser considerada na equação de radiância. Os defletores normalmente fornecem uma fração muito pequena da área de superfície da esfera. As medições de transmissão de dispersão são especialmente sensíveis ao defletor esférico adequado. Isso ocorre porque a luz dispersa difusa da amostra pode facilmente entrar no detector a partir da reflexão inicial da esfera interior e da própria amostra ao longo de um campo de visão considerável do detector.

A precisão da medição de uma esfera integradora será significativamente afetada pela distribuição de luz dentro dela. Grandes esferas de integração produzirão medições com mais precisão porque a luz em grandes sistemas pode ser “integrada” ou dispersa igualmente pela superfície da esfera, embora pequenas esferas de integração tenham eficiência energética superior a suas contrapartes de 150 mm de diâmetro.

A ampla área de superfície interna das esferas de 150 mm e a baixa fração geral da porta permitem que a luz reflita adequadamente ao redor da esfera e produza um fluxo homogêneo. No entanto, para diminuir os efeitos da integração de luz inadequada, a uniformidade do fluxo da esfera deve ser frequentemente sacrificada ao projetar pequenos acessórios de esfera de integração.

Medição de Saída de Energia de Fibra Óptica
Isso torna possível estimar a potência do feixe integrado espacialmente. É possível coletar luz para a medição do comprimento de onda usando a porta norte. Newport fornece detectores de esfera integrados padrão calibrados de unidade única. Como resultado, a configuração divergente ou a configuração do feixe colimado são frequentemente aceitáveis. No entanto, devido ao aumento de NA da fibra no caso de fibra com lente, o arranjo de feixe divergente é recomendado. É aconselhável usar a configuração de feixe colimado ao utilizar um colimador de fibra.

Medição de Transmitância
Ao coletar a radiação transmitida de uma amostra mantida na porta de 0 grau de uma esfera de integração de 4 portas, a transmitância pode ser calculada. Depois de exposta à radiação, a amostra é comparada a uma medição direta da fonte feita fora da esfera.

O detector é protegido contra transmissão não integrada por um defletor, e o componente não espalhado pode ser coletado usando um coletor de luz instalado na porta de 180 graus. Também é possível medir fluorescência, dispersão em massa, dispersão para frente e para trás e dispersão integrada total. A porta de 90 graus é onde o detector é montado.

Medição de Refletância
Uma amostra é mantida na porta de 0 grau e exposta a um feixe incidente através da porta de 180 graus para medir a refletância. A esfera integra espacialmente toda a radiação refletida, que é então detectada por um detector confuso. É possível eliminar o componente especular da radiação refletida usando o suporte de amostra de incidência normal, que devolve o feixe especular para fora da porta de entrada.

É possível estimar a refletância “especular mais difusa” usando um suporte de amostra de 8° de incidência. É possível determinar a refletância de uma amostra em relação a um padrão conhecido medindo ambos e calculando sua razão. Para evitar erros causados ​​pela refletividade da amostra, o padrão e a amostra devem ter uma refletância semelhante. Para se livrar dessa fonte potencial de imprecisão de medição, empregue um sistema de feixe duplo. A porta de 90 graus é onde o detector é montado.

Esfera de fonte de luz uniforme
Ao adicionar iluminação de uma fonte externa, uma esfera de uso geral pode ser configurada como uma fonte de luz uniforme básica. Um iluminador, um detector e um medidor de potência ou radiômetro são necessários para a configuração. A quarta porta não utilizada com um plugue de porta pode interferir na homogeneidade da saída, portanto, uma esfera de três portas é preferível a uma esfera de quatro portas.

O detector está posicionado no pólo norte e a fonte de luz está conectada à porta de 90 graus. A saída da iluminação uniforme é a enorme porta de 0 graus. Um indicador exato da iluminação da esfera é fornecido pelo detector conectado ao medidor de energia ou radiômetro. Se o detector não estiver saturado, a saída mudará linearmente com a leitura de potência.

Perguntas Frequentes:
O que é esfera integradora no espectrofotômetro?
Um acessório de espectrofotômetro simples, mas frequentemente incompreendido, para medir a radiação óptica é a esfera integradora. O trabalho de uma esfera integradora em estudos de amostra de transmissão de dispersão e refletância difusa é integrar espacialmente o fluxo radiante.

Para que serve o Spectralon?
Na verdade, Spectralon é empregado em todos os lugares em que você precisa de iluminação eficaz e consistente, incluindo esferas de integração, câmaras de bombeamento de cavidades a laser, padrões e alvos de refletância, refletores de lâmpadas, iluminação do painel traseiro do display e dispositivos de imagem digital. É simples usinar o Spectralon em refletores personalizados.

Quanto custa uma esfera de integração?
Em geral, as esferas integradoras podem ser adquiridas por um preço inicial de 6000 dólares americanos. Além disso, custará cerca de US $ 10,000 para obter uma das melhores esferas de integração.

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