Детектори та типи спектрометрів для ЛІЕС
Ми будемо розглядати прості спектрометри на основі ПЗЗ матриць, широкосмугові матричні спектрометри, Echelle спектрометри з посиленою ПЗЗ, спектрометри Czerny-Turner з посиленою ПЗЗ та засновані на ПЗЗ спектрометри. Вони мають такі ознаки:
Засновані на ПЗЗ спектрометри
використовуються для різних застосувань, спектрометри на основі приладу із зарядовим зв'язком є недорогими і мають досить широке охоплення довжин хвиль, залежно від ПЗЗ. Зазвичай вони не можуть закриватися швидше ніж за кілька мілісекунд і тому важко контролювати час збору даних або зробити цей збір коротшим, що може вплинути на відтворюваність вимірів. Охолоджені ПЗЗ можуть мати дуже низький темновий шум, отже, дуже низький загальний рівень шуму.
Широкополосні спектрометри з діодною матрицею:
ці спектрометри на основі ПЗЗ призначені для охоплення широкого діапазону довжин хвиль. Зазвичай вони неохолоджувані, зі спектрами відразу кількох ПЗЗ зшитих разом для формування великого широкосмугового спектру. Ці системи забезпечують відносно низьку вартість з кількома чутливими елементами. Залежно від конфігурації, межі чутливості цих спектрометрів можуть бути напрочуд низькими. У кращому випадку ці системи забезпечують дозвіл 0.1нм.
Echelle спектрометри
забезпечують отримання даних у широкому діапазоні і при цьому в комбінації з охолоджуючим ПЗЗ, дозволяє проводити стробування за часом, "вирізання" певних часових ділянок до 1/10 наносекунди. У echelle спектрометрі, вхідне світло розсіюється призмою і решіткою на детектор, в результаті чого в 2-мірній спектральній області різні порядки (зазвичай порівняно слабші за вищі порядки), які будуть відсортовані програмою, для формування спектру. Залежно від області довжин хвиль, лінії випромінювання echelle спектрометра з посиленими камерами можуть перевершити широкосмугові діодні матриці у чутливості виявлення на порядок або вище. З роздільною здатністю зазвичай 0.05 нм (50 мкм) або краще. Посилення шуму камери зазвичай обмежує відношення сигнал-шум.
Спектрометри Czerny-Turner
У ньому при першому вимірі відбувається розкладання світла спектр за допомогою дифракційної решітки. Зазвичай використовується решітка першого порядку. На звичайних 256 х 1064 посилилися безліч ПЗЗ-матриць, кожна таким чином здійснює збір світла, що сильно розклалося в спектр (решітки від першого порядку) і може вибирати, що б зібрати (“bin”) від 1 до 256 рядів даних по посиленому ПЗЗ. Потужне світло першого порядку поєднується з вибором binning (з підсумовуванням зарядів суміжних осередків в один суперпіксель у процесі зчитування інформації) від 1-256 рядів та зміні коефіцієнта посилення на камері підсилювача від 1-256 призводить до інструменту з неймовірним динамічним діапазоном. На жаль, обмеження, на діапазон посилення ПЗЗ матриці такі, що грати з дисперсією приблизно 0.01-0.2 нм в 0.25-метровому спектрометрі, через обмеження може видавати нам тільки 20-30 нм спектрального діапазону. Зазвичайграти можуть обертатися на турелі, щоб охопити широкий діапазон, але спектральний діапазон обмежений, у результаті одночасне вимірювання кількох елементів, зазвичай не представляється можливим. Маючи на увазі це обмеження, Czerny-Turner з посиленою ПЗЗ є однією з найчутливіших конфігурацій для LIBS.
Спектрометри на основі фотоелектронних помножувачів (ФЕУ)
Фотоелектронні помножувачі, це точкові детектори з набагато більшим потенційним посиленням, ніж навіть посилені ПЗЗ через численні стадії посилення – зазвичай вони можуть забезпечувати посилення сигналу на 107 до УПЗС 5х104 – збільшення величини більше ніж на 2 порядки. Тим не менш, як точкові детектори вони повинні застосовуватися або в широких матрицях або з декількома детекторами в конфігурації спектрометра Paschen-Runge. Отже, засновані на ФЕУ датчики добре працюють, якщо відомо, що потрібно виявити. Ще одна перевага полягає в тому, що ФЕУ є аналоговим пристроєм, який може безперервно зчитувати (дуже швидко), забезпечуючи динамічний сигнал. Який може бути дуже корисним у розумінні того, що відбувається в плазмі.