Monochromatisch durchstimmbare Hochleistungslichtquelle

Monochromatische Lichtquellen sind durch die Verbreitung von Lasern etwas in den Hintergrund geraten, zu Unrecht wie wir meinen. Natürlich ist ein Laser aufgrund seiner hohen Leistung, der Schmalbandigkeit und Kohärenz eine nahezu perfekte monochromatische Lichtquelle. Nachteilig ist jedoch in der Regel der eingeschränkte Spektralbereich. Viele Laser emittieren nur eine Wellenlänge oder bieten nur einen begrenzten Durchstimmbereich. Mit einem großen durchstimmbaren Wellenlängenbereich und einstellbarer Bandbreite punktet hier ganz klar ein klassisch aufgebautes System aus Lichtquelle und Monochromator.


Lichtquelle

Nahezu alle Lichtquellen lassen sich mit einem Monochromator kombinieren. Für den UV-Bereich bis 400 nm werden in der Regel Deuterium- oder UV-Enhanced Xenon-Lichtquellen eingesetzt. Ab 400 nm bis in den NIR-Bereich können Halogenlampen aufgrund ihres gleichmäßigen und glatten spektralen Verlaufs verwendet werden.  Allerdings ist die vergleichsweise große leuchtende Glühwendel, die zu einer geringen Bestrahlungsstärke führt, nachteilig und limitiert eine effiziente Einkopplung in den Monochromator. Aus diesem Grund werden vorzugsweise Xenonstrahler genutzt, die aufgrund ihres sehr kleinen Leuchtbogens eine hohe Leuchtdichte erreichen und somit hohe Leistungen im monochromatischen Lichtstrahl erzeugen. Spektral decken sie einen weiten Bereich vom UV bis etwa 2400 nm ab. Aber auch hier ist für die durchstimmbare Lichtquelle noch nicht Schluss. Für den weiteren IR-Bereich bis über 15 µm stehen IR-Strahler zur Verfügung, welche mit geeigneten Optiken an den Monochromator adaptiert werden. Sollte die Bandbreite einer einzelnen Lichtquelle für Ihre Anwendung nicht ausreichen, dann nutzen Sie einfach eine unserer Doppellichtquellen mit automatischem Wechselspiegel. Diese kombinieren Deuterium-Halogen-, Halogen-IR-Strahler oder Xenon- und Halogen-Leuchtmittel in einem Gehäuse.


Monochromator

Der Monochromator bestimmt wesentlich den möglichen Durchsatz, sowie die erzielbare Bandbreite der monochromatischen Lichtquelle. Oft sind die Anforderungen an die Bandbreite nicht sehr hoch (>5 nm). In diesem Fall genügt ein Monochromator mit kürzerer Brennweite (z.B. 150 mm). Geringere Bandbreiten erfordern Systeme mit längeren Brennweiten, z.B. 300 mm, da nur so noch ausreichend große Spaltbreiten zum effizienten Einkoppeln der Lichtquelle erreicht werden können. Für einen breiten nutzbaren Wellenlängenbereich sollte der Monochromator mit mehreren Gittern automatisiert arbeiten. Variable Spalte, manuell bzw. motorisiert einstellbar, bestimmen die Bandbreite. Ist maximale Genauigkeit und Reproduzierbarkeit gefordert, kommen Festspalte zum Einsatz.

Leistung

Immer wieder diskutieren wir mit Kunden die Möglichkeiten zur Steigerung der Ausgangsleistung. Einfach eine Lichtquelle höherer Leistung zu verwenden funktioniert leider nicht immer, manchmal ist es sogar kontraproduktiv. Der Grund liegt meist in der Anforderung, eine möglichst geringe Bandbreite mit möglichst viel Leistung zu kombinieren. Eine geringe Bandbreite erfordert eine geringe Spaltbreite während „viel“ Leistung breite Spalte voraussetzt. Da die Größe des Leuchtbogens einer Lampe mit der elektrischen Leistungsaufnahme zunimmt, kann es passieren, dass die zusätzliche Leistung nur den (zu kleinen) Eingangsspalt heizt, aber nicht zu einer höheren monochromatischen Ausgangsleistung beiträgt.

Hochleistungslichtquelle

Um den Anforderungen nach hoher monochromatischer Leistung gerecht zu werden, haben wir einen neuen 300 mm-Monochromator mit deutlich verbesserter Optik im Angebot. Mit Gittern von 90 mm x 90 mm (im Vergleich, MSH300, 68 mm x 84 mm) ist so eine signifikante Steigerung des Durchsatzes möglich. Um die Lesitung voll zu nutzen, wird der Monochromator mit asymmetrischer Czerny-Turner-Konfiguration durch eine auf ihn abgestimmte 450 W-Xenon-Lichtquelle mit elliptischem Reflektor ergänzt. So können nahezu 100% der Lichtleistung gesammelt werden. Damit spielt dieses System in einer eigenen Liga und erreicht besonders im UV-Bereich ab 200 nm hervorragende Werte.

Zubehör

Der Austritt aus einem Monochromator erfolgt immer divergent, entsprechend seiner F-Zahl. Daher sind meist weitere Optiken erforderlich, um die Strahlung zum Ort der Probe zu leiten. Optische Fasern bieten hohe Flexibilität, können aber auch, je nach F-Zahl und Fläche, einen großen Teil der Leistung „schlucken“. Besser sind, je nach Wellenlänge, linsen- oder spiegelbasierte Kollimatoren. Je nach Anwendung runden Ulbricht-Kugeln und weiteres Zubehör Ihren Aufbau ab.

Monochromator-Detektor-Systeme

Für die Emissionsanalyse kann am Ausgang des Monochromators auch ein Single-Element-Detektor sitzen. Mit einer breiten Palette an verschiedenen Photomultipliern, Si- und InGaAs-Dioden sowie Cadmium-Tellurid oder Blei-Selenid-Detektoren decken wir einen weiten spektralen Bereich von 200 nm - 30  µm ab. Natürlich finden Sie auch die notwendige Steuerelektronik und Lock-In-Technik bei uns.
Diese Vielfalt bietet nahezu unbegrenzte Kombinationsmöglichkeiten, bringt meist aber auch einige Fragen mit sich. Wenn Sie Unterstützung bei der Planung eines neuen oder der Erweiterung eines bestehenden Messplatzes wünschen, helfen wir Ihnen gerne.

Mehr Informationen über modulare optische Spektroskopie finden Sie hier.

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