Получение количества фотоэлектронов по известному излучению

Я пытаюсь сделать грубую оценку отсчетов, наблюдаемых на ПЗС-спектрометре, предполагая, что я знаю спектральную яркость калибровочного источника. Я понимаю, что это не то же самое, что радиометрическая калибровка, но я хочу сделать расчет падающего света и просто получить грубую оценку того, сколько фотонов попадает на пиксель детектора. Я знаю квантовую эффективность, усиление и эффективность дифракции, и у меня есть размеры для размера пикселя, если это полезно.

Для моей экспериментальной установки есть:

  1. калибровочный источник и интегрирующая сфера, излучающая свет через отверстие. Я знаю его размеры.

  2. Спектрометр с известными малыми размерами и полем зрения, кажущейся квантовой эффективностью на всех длинах волн, а также значениями эффективности дифракционной решетки. В моей установке нет объектива или оптоволоконного кабеля.

  3. Фиксированное расстояние между спектрометром и источником излучения, и я делаю предположение, что оптические оси выровнены, и что поле зрения спектрометра полностью инкапсулировано источником излучения.

Экспериментальная установка

ПЕРВЫЙ - Как я могу оценить мощность, падающую на щель спектрометра?

У меня есть некоторая кривая, которая обеспечивает сияние в зависимости от длины волны. Это выглядит так:Спектральное излучение источника.

Зная площадь щели и f/# или числовую апертуру, я должен быть в состоянии рассчитать пропускную способность (etendue) спектрометра, верно? Если T - пропускная способность:

Т "=" Ф А с л я т Т "=" 2 π ( 1 − потому что ⁡ ( θ ) ) ж л

Где θ - половина угла поля зрения щели и ж и л – ширина и высота щели спектрометра. Если я умножу сияние л на какой-то длине волны по этой пропускной способности, это мощность падающая на линзу на конкретной длине волны, или я упускаю из источника какой-то геометрический фактор? Единицы, кажется, работают, поэтому я сбит с толку,

п "=" [ Вт / мю ] "=" Т л "=" [ м 2 с р ] [ Вт / м 2 мю с р ]
. Я считаю, что этот расчет предполагает, что источник является «расширенным» источником.

Отсюда я бы применил значения эффективности инструмента (потери из-за дифракции, зеркального отражения, квантовой эффективности) и интегрировал яркость по ширине пикселя (в единицах длины волны). Это дало бы мне конечную мощность, падающую на пиксель, которую можно преобразовать в скорость падающего фотона на определенной длине волны. Наконец, применение коэффициента усиления аналого-цифрового преобразователя и умножение на некоторое время интегрирования должно дать грубую оценку количества зарегистрированных фотонов.

ВТОРОЕ. Зная, что прибор имеет некоторое спектральное разрешение, но пиксели имеют некоторую ширину длины волны, по какой метрике лучше всего интегрировать значение яркости?

Любые предложения или ссылки, которые вы можете предоставить, очень ценятся, спасибо.

Ответы (1)

Это довольно сложная проблема. К сожалению, многое неизвестно о вашем источнике, и вы не используете оптическую систему, для которой, вероятно, предназначен ваш спектрометр. Типичные решетчатые спектрометры имеют оптическую систему, предназначенную для света, расходящегося от точки щели, в идеале под углом расхождения, чтобы заполнить зеркала/решетку. Поскольку вы не используете линзу или волокно, у вас не будет фокуса на щели, и вы, вероятно, не будете идеально заполнять оптику. В «горизонтальном» направлении (в плоскости спектрометра) вы, вероятно, недозаполните оптику, но в «вертикальном» направлении вы, вероятно, переполните ее. Обычно это не большая проблема, так как вы можете просто попробовать это в лаборатории и посмотреть, какую пропускную способность и разрешение вы получите (разрешение также может повлиять на количество отсчетов на пиксель, если у вас есть какие-либо четкие особенности в вашем спектре). Но так как вы пытаетесь оценить количествоаприори , все эти неэффективности становится довольно сложно учесть количественно.

Но самое важное здесь, как вы понимаете, это интенсивность света в щели. Для этого будет важно знать геометрию излучателя. К сожалению, недостаточно знать количество сияния; вам также необходимо знать, как распространяется свет. Естественно, для расходящегося света, чем дальше вы находитесь от излучателя, тем слабее интенсивность на входе в ваш спектрометр. Можно ли оценить ваш источник как однородную коллимированную плоскую волну? Или он значительно расходится/сходится? Существует ли известная оптическая система, связанная с источником, такая как параболическое/эллиптическое зеркало или линза? Без этой информации вы не сможете оценить показания детектора. Но даже сэта информация, учитывая неопределенность проблемы, я не был бы уверен, что вы могли бы получить более точную оценку, чем оценка порядка величины.

Если возможно, я настоятельно рекомендую добавить в вашу оптическую систему одну двояковыпуклую линзу (возможно, ахроматическую для широкополосного использования, или вы можете использовать эллиптическое серебряное зеркало). Если поместить источник и щель спектрометра на 2 ф расстоянии от линзы с обеих сторон, вы будете отображать источник на щель, и это устранит большую часть неопределенности в вашей оценке.

Удачи!

Итак, я наконец-то получил возможность переварить ваш ответ. Источник не коллимируется перед попаданием в щель, поэтому даже с линзой реальной фокусировки не происходит. Свет распространяется по листу бумаги по мере его удаления. Я так понимаю, вы предлагаете использовать двояковыпуклую линзу для захвата света из какой-то части плоскости источника света, и он будет сфокусирован на щель. Для двояковыпуклой линзы источник будет находиться на таком же расстоянии от линзы, как и щель. Не попадет ли рассеянный свет в мою систему?
@ JN3 у вашей лампы, вероятно, есть линза или параболический отражатель для сбора света от нити накала. Но свет не может быть хорошо коллимирован, потому что нить имеет ненулевую пространственную протяженность. Единственный способ получить хорошо коллимированный луч от большого неравномерного источника — это пространственная фильтрация, на которую уходит много энергии. Если вы используете линзу для изображения источника на щели, вы должны быть в состоянии оценить априори величину передачи мощности в спектрометр на основе относительного размера изображения относительно щели и яркости источника.
@ JN3 тогда, когда у вас есть изображение (если вы поместите карту в прорезь, вы должны увидеть форму нити накала), тогда свет будет идеально расходиться от точки прорези, что сделает задачу оценки разрешимой. отсчеты в вашем детекторе. Недостатком использования объектива является то, что он не обеспечивает 100% широкополосность (существуют хроматические аберрации и т. д.). Поскольку неясно, какова ваша конечная цель всего этого, я не могу дать рекомендацию, но во многих случаях вас не волнует, сколько именно света достигает детекторов, важно только, чтобы его было достаточно. В таком случае просто попробуйте!
Получение количества фотоэлектронов по известному излучению
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v