¿Cómo se sostiene una esfera integradora como espectrofotómetro?

Conceptos básicos de la esfera de integración
La precisión de medición de un esfera integradora sin duda se verá impactado por su diseño. La forma en que se refracta la luz dentro de la esfera se ve afectada por la reflectividad de la superficie de la esfera, así como por el tamaño y la ubicación de los puertos, detectores y deflectores. La capacidad de una esfera para integrar la luz puede verse afectada por todos estos factores.

Las esferas grandes con un diámetro de 150 mm tienen mayores propiedades de integración de la luz y es menos probable que sus medidas se vean afectadas por los puntos calientes producidos por la muestra. Las esferas más pequeñas tienen una integración de la señal menos eficaz y la gran fracción de puerto que suele estar presente en las esferas más pequeñas puede causar graves errores de medición debido a la pérdida de flujo.

Al crear esferas integradoras, es crucial asegurarse de que el campo de visión del detector excluya cualquier área de la superficie de la esfera que esté inmediatamente expuesta al haz de muestra o que reciba la reflexión inicial del haz de muestra. La iluminación directa del detector por la luz transmitida de la muestra es aún más crucial para las mediciones de transmisión dispersa. En todos los escenarios, la medición arrojaría un resultado engañoso.

El uso de deflectores de protección del detector es un método típico para prevenir estos artefactos. Por lo general, estos se construyen a partir de secciones sustanciales de Spectralon o metal que ha sido revestido con la misma sustancia que la pared de la esfera integradora. La luz que no ha experimentado al menos dos reflejos de la superficie de la esfera no puede ser vista por el detector mediante deflectores. Por lo tanto, la barrera se coloca para bloquear los llamados reflejos de "primer golpe" para que no entren en el campo de visión del detector.

Los deflectores se pueden ver como extensiones de superficie esférica. Aunque normalmente no es significativo, su contribución al área de la esfera se puede considerar en la ecuación de radiancia. Los deflectores suelen proporcionar una fracción muy pequeña del área de superficie de la esfera. Las mediciones de la transmisión de dispersión son especialmente sensibles a un deflector esférico adecuado. Esto se debe a que la luz difusamente dispersada de la muestra puede entrar fácilmente en el detector tanto desde la reflexión inicial de la esfera interior como desde la propia muestra a lo largo de un campo de visión considerable del detector.

La precisión de la medición de una esfera integradora se verá significativamente afectada por la distribución de la luz dentro de ella. Las esferas integradoras grandes producirán mediciones con mayor precisión porque la luz en los sistemas grandes se puede "integrar" o dispersar por igual en la superficie de la esfera, aunque las esferas integradoras pequeñas tienen una eficiencia energética superior a sus contrapartes de 150 mm de diámetro.

La amplia superficie interna de las esferas de 150 mm y la baja fracción de puerto total permiten que la luz se refleje adecuadamente alrededor de la esfera y produzca un flujo homogéneo. Sin embargo, para disminuir los efectos de una integración de luz inadecuada, con frecuencia se debe sacrificar la uniformidad del flujo de esfera cuando se diseñan accesorios de esfera de integración pequeña.

Medición de potencia de salida de fibra óptica
Esto hace posible estimar la potencia del haz espacialmente integrado. Es posible recoger luz para medir la longitud de onda utilizando el puerto norte. Newport proporciona detectores de esfera integradora estándar calibrados de una sola unidad. Como resultado, la configuración divergente o la configuración del haz colimado son frecuentemente aceptables. Sin embargo, debido a la mayor NA de la fibra en el caso de fibra con lente, se recomienda la disposición de haz divergente. Se recomienda utilizar la configuración de haz colimado cuando se utiliza un colimador de fibra.

Medida de transmitancia
Al recolectar la radiación transmitida de una muestra mantenida en el puerto de 0 grados de una esfera integradora de 4 puertos, se puede calcular la transmitancia. Después de exponerse a la radiación, la muestra se compara con una medición de fuente directa tomada fuera de la esfera.

El detector está protegido contra la transmisión no integrada por un deflector, y el componente no disperso se puede recolectar utilizando una trampa de luz instalada en el puerto de 180 grados. También es posible medir la fluorescencia, la dispersión masiva, la dispersión frontal y posterior y la dispersión integrada total. El puerto de 90 grados es donde se monta el detector.

Medición de reflectancia
Se mantiene una muestra en el puerto de 0 grados y se expone a un haz incidente a través del puerto de 180 grados para medir la reflectancia. La esfera integra espacialmente toda la radiación reflejada, que luego es detectada por un detector deflector. Es posible deshacerse del componente especular de la radiación reflejada utilizando el portamuestras de incidencia normal, que hace rebotar el haz especular fuera del puerto de entrada.

Es posible estimar la reflectancia “especular más difusa” utilizando un portamuestras de 8° de incidencia. Es posible determinar la reflectancia de una muestra en relación con un estándar conocido midiendo ambos y calculando su relación. Para evitar errores provocados por la reflectividad de la muestra, el estándar y la muestra deben tener una reflectancia similar. Para deshacerse de esta fuente potencial de inexactitud de medición, emplee un sistema de doble haz. El puerto de 90 grados es donde se monta el detector.

Esfera de fuente de luz uniforme
Al agregar iluminación desde una fuente externa, una esfera de uso general se puede configurar como una fuente de luz uniforme básica. Se necesita un iluminador, un detector y un medidor de potencia o radiómetro para la configuración. El cuarto puerto no utilizado con un tapón de puerto podría interferir con la homogeneidad de la salida, por lo que es preferible una esfera de tres puertos a una esfera de cuatro puertos.

El detector se coloca en el polo norte y la fuente de luz se conecta al puerto de 90 grados. La salida de la iluminación uniforme es el enorme puerto de 0 grados. El detector conectado al medidor de potencia o radiómetro proporciona un indicador exacto de la iluminación de la esfera. Si el detector no está saturado, la salida cambiará linealmente con la lectura de potencia.

Preguntas Frecuentes
¿Qué es la esfera integradora en el espectrofotómetro?
Un accesorio de espectrofotómetro sencillo pero frecuentemente mal entendido para medir la radiación óptica es la esfera integradora. El trabajo de una esfera integradora en estudios de muestra de transmisión dispersa y reflectancia difusa es integrar espacialmente el flujo radiante.

¿Cuál es el uso de Spectralon?
De hecho, Spectralon se emplea en todos los lugares donde se requiere una iluminación uniforme y eficaz, incluidas esferas integradoras, cámaras de bombeo de cavidad láser, estándares y objetivos de reflectancia, reflectores de lámparas, iluminación del panel posterior de la pantalla y dispositivos de imágenes digitales. Es sencillo mecanizar Spectralon en reflectores personalizados.

¿Cuánto cuesta una esfera integradora?
En general, las esferas integradoras se pueden comprar por un precio inicial de 6000 dólares estadounidenses. Además, te costará alrededor de $10,000 USD conseguir una de las mejores esferas integradoras.

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