Obtención de recuentos de fotoelectrones a partir de una radiación conocida

Estoy intentando hacer una estimación aproximada de los conteos vistos en un espectrómetro CCD, suponiendo que conozco la radiación espectral de una fuente de calibración. Entiendo que esto no es lo mismo que calibrar radiométricamente, pero quiero hacer un cálculo de la luz incidente y obtener una estimación aproximada de cuántos fotones inciden en un píxel del detector. Conozco la eficiencia cuántica, la ganancia y la eficiencia de difracción, y tengo dimensiones para el tamaño de píxel si eso es útil.

Para mi configuración experimental, hay:

  1. la fuente de calibración y la esfera integradora que emite luz a través de una abertura. Sé las dimensiones de esto.

  2. El espectrómetro, con tamaño y campo de visión pequeños conocidos, eficiencia cuántica aparente en todas las longitudes de onda, así como valores de eficiencia de rejilla de difracción. No hay lente ni cable de fibra óptica en mi configuración.

  3. Una distancia fija entre el espectrómetro y la fuente de radiación, y asumo que los ejes ópticos están alineados y que el campo de visión del espectrómetro está completamente encapsulado por la fuente de radiación.

Configuración experimental

PRIMERO - ¿Cómo puedo hacer una estimación de la potencia incidente en la rendija del espectrómetro?

Tengo una curva que proporciona resplandor en función de la longitud de onda. Se parece a esto:Radiancia espectral de la fuente.

Conociendo el área de la rendija y el f/# o NA, debería poder calcular el rendimiento (etendue) del espectrómetro, ¿correcto? Si T es el rendimiento:

T = F A s yo i t T = 2 π ( 1 − porque ⁡ ( θ ) ) w yo

Dónde θ es la mitad del ángulo del campo de visión de la rendija y w y yo son el ancho y la altura de la rendija del espectrómetro. Si multiplico el resplandor L a alguna longitud de onda por este rendimiento, ¿es esa la potencia que incide en la lente a una longitud de onda particular, o me estoy perdiendo algún factor geométrico de la fuente? Las unidades parecen funcionar, así que estoy confundido,

PAG = [ W / m ] = T L = [ metro 2 s r ] [ W / metro 2 m s r ]
. Creo que este cálculo asume que la fuente es una fuente 'extendida'.

A partir de aquí, aplicaría los valores de eficiencia del instrumento (pérdida por difracción, reflectancia del espejo, eficiencia cuántica) e integraría la radiación sobre el ancho de un píxel (en unidades de longitud de onda). Esto me daría la potencia final incidente en el píxel que se puede convertir en una tasa de fotones incidentes en una longitud de onda específica. Finalmente, aplicar la Ganancia del convertidor A/D y multiplicar por algún tiempo de integración debería producir una estimación aproximada del número de fotones registrados.

SEGUNDO: sabiendo que el instrumento tiene alguna resolución espectral, pero los píxeles tienen cierto ancho de longitud de onda, ¿cuál es la mejor métrica para integrar el valor de radiancia?

Cualquier sugerencia o referencia que pueda proporcionar es muy apreciada, gracias.

Respuestas (1)

Este es un problema bastante complicado. Desafortunadamente, hay muchas cosas que se desconocen sobre su fuente, y no está utilizando el sistema óptico para el que probablemente está diseñado su espectrómetro. Los espectrómetros de rejilla típicos tienen un sistema óptico diseñado para la luz que diverge desde el punto de la rendija, idealmente en el ángulo de divergencia para llenar los espejos/rejillas. Dado que no está utilizando una lente o una fibra, no tendrá un foco en la rendija, ni probablemente estará llenando idealmente la óptica. En la dirección "horizontal" (en el plano del espectrómetro) probablemente no llenará la óptica, pero en la dirección "vertical" probablemente la sobrellenará. Normalmente, esto no es un gran problema, ya que podría probarlo en el laboratorio y ver qué tipo de rendimiento y resolución obtiene (la resolución también podría afectar la cantidad de conteos por píxel si tiene características nítidas en su espectro). Pero ya que lo estás intentando estimar los conteosa priori , todas estas ineficiencias se vuelven bastante complicadas de incluir cuantitativamente.

Pero la pieza más importante aquí, como puede reconocer, es la intensidad de la luz en la rendija. Para ello, será fundamental conocer la geometría del emisor. Desafortunadamente, no es suficiente saber la cantidad de luminosidad; también necesita saber cómo se propaga la luz. Naturalmente, para la luz divergente, cuanto más lejos esté del emisor, más débil será la intensidad en la entrada de su espectrómetro. ¿Se puede estimar su fuente como una onda plana colimada y homogénea? ¿O es divergente/convergente significativamente? ¿Existe un sistema óptico conocido asociado con la fuente, como un espejo o lente parabólico/elíptico? Sin esta información, no podrá estimar los recuentos del detector. Pero incluso conesta información, dadas las incertidumbres del problema, no estaría seguro de que pudiera obtener una estimación más precisa que un orden de magnitud.

Si es posible, recomiendo agregar una sola lente biconvexa a su sistema óptico (posiblemente acromática para uso de banda ancha, o podría usar un espejo plateado elíptico). Si pones la fuente y la rendija del espectrómetro en 2 F distancia desde la lente a cada lado, obtendrá una imagen de su fuente en su rendija y eliminará gran parte de la incertidumbre en su estimación.

¡Buena suerte!

Entonces, finalmente tuve la oportunidad de digerir tu respuesta. La fuente no está colimada antes de llegar a la rendija, por lo que, incluso con una lente, no hay un enfoque real. La luz se propaga sobre una hoja de papel a medida que se aleja. Para que lo entienda, está sugiriendo usar una lente biconvexa para capturar la luz de alguna parte del plano de la fuente de luz, y eso se enfocará en la rendija. Para una lente biconvexa, la fuente estará a la misma distancia de la lente que la rendija. ¿La luz perdida seguirá entrando en mi sistema?
@ JN3, su lámpara probablemente tenga una lente o un reflector parabólico para recolectar la luz del filamento. Pero la luz no puede estar bien colimada porque el filamento tiene una extensión espacial distinta de cero. La única forma de obtener un haz bien colimado de una fuente grande y desigual es mediante el filtrado espacial, que desperdicia mucha energía. Si usa una lente para obtener una imagen de la fuente en la rendija, debería poder estimar a priori la cantidad de acoplamiento de potencia en el espectrómetro en función del tamaño relativo de la imagen frente a la rendija y la radiación de la fuente.
@ JN3 entonces, cuando tiene una imagen allí (si coloca una tarjeta en la ranura, debería ver la forma del filamento), entonces la luz divergirá idealmente desde el punto de la ranura, por lo que es un problema manejable para estimar los conteos en su detector. La desventaja de usar una lente es que no es 100% de banda ancha (hay aberración cromática, etc.). Como no está claro cuál es tu objetivo final para todo esto, no puedo hacer una recomendación, pero en muchos casos no te importa exactamente cuánta luz llega a los detectores, solo que sea suficiente. En ese caso, ¡pruébalo!
Obtención de recuentos de fotoelectrones a partir de una radiación conocida
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v