طراحی یک نوع طیف‌سنج اپتیکی بهینه در ناحیه طیفی UV-A

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشیار، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران

چکیده

طیف‌سنج یا اسپکترومتر اپتیکی ابزاری است که برای جداسازی و تفکیک یک تابش الکترومغناطیسی به مولفه‌های طول موجی‌اش مورد استفاده قرار می‌گیرد و کاربرد متنوعی در علوم و صنایع دارد. در این مقاله یک اسپکترومتر اپتیکی منحصراً در ناحیه طیفی A UV-، که قبلاً مورد تحقیق قرار نگرفته است طراحی شده است. برای این طراحی، از توری پراش هولوگرافی با چگالی شیار 3600 خط بر میلی‌متر و تعدای عدسی با جنس‌های مختلف مناسب در ناحیه فرابنفش استفاده شده است. برای رسیدن به کنتراست و توان تفکیک بالا باید پرتوهای مربوط به هر طول موج پراشیده شده توسط توری، با دقت بالانی بر روی صفحه آشکارساز کانونی شوند. برای این منظور هشت عدسی از جنس‌های سلیکا و سلیکای ذوب شده که دارای ضریب انتقال بالایی در ناحیه فرابنفش هستند به‌کار برده شد. سپس بعد از محاسبات اولیه و تعیین تخمینی شعاع انحنای سطوح، ، جهت رسیدن به نتایج مطلوب، عدسی‌ها را به فاصله 1 میلی‌متر از هم قرارداده و با کمک عملوندهای مناسب تعریف شده در ویرایشگر تابع شایسته نرم‌افزار زیمکس، ضخامت سطوح و شعاع‌ انحنای عدسی‌ها در چند مرحله بهینه‌سازی شدند. پس از بهینه‌سازی، در طول‌موج مرکزی، تمام نقاط نمودار نقطه‌ای داخل دیسک ایری واقع شدند و توان تفکیک‌‌ سامانه تقریباً 30 پیکومتر بدست آمد که در مقایسه با کارهای قبلی محققان در سایر نواحی طیف الکترومغناطیسی، نتیجه بسیار مطلوبی است.

کلیدواژه‌ها


Smiley face

https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

  • Grandmont, L. Drissen, and G. Joncas, “Development of an Imaging Fourier Transform Spectrometer for Astronomy,” in Specialized Optical Developments in Astronomy, vol. 4842, pp. 392–401,2003.                                       

DOI:10.1117/12.457339

  • Gatkine, S. Veilleux, and M. Dagenais, “Astrophotonic Spectrographs,” Appl. Sci., vol. 9, no. 2, p. 290, 2019.

   https://doi.org/10.3390/app9020290

  • C. Price, “Spectrometers and polyphase filterbanks in Radio Astronomy,” in The WSPC Handbook of Astronomical Instrumentation: Volume 1: Radio Astronomical Instrumentation, World Scientific, pp. 159–179, 2021.

   https://doi.org/10.1142/9789811203770_0007

  • Baker, “The Design and Construction of High-Resolution Spectrometers for Exoplanet Discovery and Characterisation.” Queen Mary University of London, 2020.

         https://qmro.qmul.ac.uk/xmlui/handle/123456789/71805

  • Henderson and G. F. Imbusch, Optical Spectroscopy of Inorganic Solids, vol. 44. Oxford University Press, 2006.

ISBN: 9780199298624

  • R. Albani, Principles and Applications of fluorescence Spectroscopy. John Wiley & Sons, 2007.

DOI:10.1002/9780470692059

  • C. Wilson, M. Jermyn, and F. Leblond, “Challenges and Opportunities in Clinical Translation of Biomedical Optical Spectroscopy and Imaging,” J. Biomed. Opt., vol. 23, no. 3, p. 30901, 2018.

DOI: 10.1117/1.JBO.23.3.030901

  • Baranska, Optical Spectroscopy and Computational methods in biology and Medicine, vol. 14. Springer Science & Business Media, 2013.

https://link.springer.com/book/10.1007/978-94-007-7832-0

  • Richards-Kortum and E. Sevick-Muraca, “Quantitative Optical Spectroscopy for Tissue Diagnosis,” Annu. Rev. Phys. Chem., vol. 47, no. 1, pp. 555–606, 1996.

        DOI: 10.1146/annurev.physchem.47.1.555

  • C. Price, “Spectrometers and Polyphase Filterbanks in Radio Astronomy,” in The WSPC Handbook of Astronomical Instrumentation: Volume 1: Radio Astronomical Instrumentation, World Scientific,pp. 159-175 2021.

https://doi.org/10.1142/9789811203770_0007

  • V Abrameshin, Y. B. Grudzino, A. I. Shmidt, V. I. Fokin, and E. A. Sukhanov, “A Device that uses the UV Region to Detect and Photographically Record Fingerprints at an Event site,” J. Opt. Technol., vol. 80, no. 4, pp. 256–258, 2013.

https://doi.org/10.1364/JOT.80.000256

  • Roberts, A. Power, J. Chapman, S. Chandra, and D. Cozzolino, “The use of UV-Vis Spectroscopy in Bioprocess and fermentation Monitoring,” Fermentation, vol. 4, no. 1, p. 18, 2018.

https://doi.org/10.3390/fermentation4010018

  • Lyu, N. Liao, H. Li, and W. Wu, “High Resolution ultraviolet Imaging Spectrometer for latent Image Analysis,” Opt. Express, vol. 24, no. 6, pp. 6459–6468, 2016.

DOI: 10.1364/OE.24.006459

  • G. France, “Advanced Spectral Imaging for Noninvasive Microanalysis of cultural Heritage Materials: Review of Application to Documents in the US Library of Congress,” Appl. Spectrosc., vol. 65, no. 6, pp. 565–574, 2011.

  DOI: 10.1366/11-06295

  • https://felixinstruments.com/blog/Spectrophotometry-in-2021/
  • https://www.excedr.com/Blog/Spectrometer-vs-spectrophotometer/
  • https://Socratic.org/Questions/what-is-Difference-Between-Spectrophotometry-and-Spectroscopy
  • Khan, D. Newport, and S. Le Calvé, “Gas Detection using Portable Deep-UV Absorption Spectrophotometry: A Review,” Sensors (Basel, Switzerland), 28-Nov-2019. [Online]. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/Articles/PMC6929016/.
  • K. Amar, S. Goyal, A. K. Srivastav, D. Chopra, and R. S. Ray, “Combined effect of Benzophenone-2 and ultraviolet Radiation Promote Photogenotoxicity and Photocytotoxicity in Human keratinocytes,” Regul. Toxicol. Pharmacol., vol. 95, pp. 298–306, 2018.

       DOI: 10.1016/j.yrtph.2018.04.003

  • Riesenberg, G. Nitzsche, A. Wuttig, and B. Harnisch, “Micro Spectrometer and MEMS for space,” in Smaller Satellites: Bigger Business?, Springer, pp. 403–406, 2002.

https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-017- 3008-2_58

  • Guodong, X. Guo, L. Zhiyuan, H. Mingyong, and L. Hongbo, “Design and key Technology Research of Portable UV-VIS Spectrometer,” Opto-Electronic Eng., vol. 45, no. 10, pp. 180191–180195, 2018.

 DOI: 10.12086/oee.2018.180195                                                    

  • -H. Oh, K.-D. Ahn, and H. Choi, “Fabrication of Integrated Spectrometer Module Based on Optical Waveguide Platform with Planar Nano Diffraction grating Using UV Imprint lithography,” Microelectron. Eng., vol. 217, p. 111130, 2019.
  • https://support.zemax.com/hc/en-s/Articles/1500005578762-How-to-Build-a-Spectrometer-Theory
  • G. Loewen and E. Popov, Diffraction Gratings and Applications. CRC Press, 2018.
  • M. Geary, “Introduction to Lens Design With Practical ZEMAX® Examples. Willmann-Bell,” Inc., Richmond, 2002

 ISBN: 978-0943396750

  • J. Smith, Modern Optical Engineering. Tata McGraw-Hill Education, 2008. ISBN: 9780071476874
  • F. Meilan and M. Garavaglia, “Rayleigh Resolution Criterion for light Sources of Different Spectral Composition,” Brazilian J. Phys., vol. 27, pp. 638–643, 1997.

 DOI: 10.1117/12.294397

 DOI:10.20944/preprints202207.0094.v1

  [30]  A. Bagheri Yazdabadi, M. Nazeri, A. Sajedi Bidgoli  and Milad Kolahi, " Design and Construction of a Spectrometer With 0.04 nm Resolution at 78 nm Central Wavelength,"23 rd  Iranian Conference on Optics Photonics and 9th Conference on Photonics Engineering and Thechnology Tarbiat Modares University, Tehran, Iran, 2017 (in Persian). http://opsi.ir/article-1-1367-en.html