Ошибка замещения образцов

Спектры абсолютного пропускания и абсолютного диффузного отражения оптических образцов могут быть зарегистрированы с помощью интегрирующих сфер. Эти спектры получают путем проведения спектральных измерений как исследуемого образца, так и эталона.

Измерение эталона требуется для того, чтобы зарегистрировать спектр освещающего источника света. Затем спектр источника вычитается из измеренного спектра образца.

Для получения спектра пропускания источника света измерения выполняются без образца, а для регистрации коэффициента отражения – с белым эталоном с высокой отражательной способностью.

Ошибка замещения образов, возникающая в процессе измерения образцов и эталонов, может отрицательно повлиять на точность скорректированного спектра образца, если выбранный экспериментальный метод не защищен от этой ошибки.

Условия, приводящие к ошибке замещения образцов

Оптические характеристики интегрирующей сферы зависят от коэффициента отражения в каждой точке ее внутренней поверхности. Часто при измерении спектров пропускания и диффузного отражения, часть внутренней стенки сферы заменяется образцом (рисунок 1). Однако замена участка внутренней стенки изменяет характеристики интегрирующей сферы.

Рисунок 1. Измерение диффузного пропускания и отражения образца, как показано выше, может привести к искажению спектра образца из-за ошибки замещения образца. Проблема в том, что отражательная способность по площади образца различается при проведении измерений эталона и образца

Ошибка замещения образцов возникает, когда процедура измерения включает физическую замену одного образца, установленного внутри сферы, другим. Например, при измерении коэффициента диффузного отражения (рисунок 1, внизу) первое измерение может быть выполнено с использованием стандартного эталонного образца, установленного внутри сферы. Затем эталон удаляется и заменяется на интересующий образец для следующего измерения. Оба набора данных затем используются для расчета скорректированного спектра абсолютного диффузного отражения образца.

Эта процедура приводит к искажению абсолютного спектра образца. Поскольку интересующий образец и эталон имеют разные свойства поглощения и рассеяния, их замена приводит к изменению отражательной способности интегрирующей сферы в области нахождения образца. Из-за того, что средняя отражательная способность интегрирующей сферы различается для двух измерений, результаты измерений не являются полностью совместимыми.

Вариант решения: одновременная установка образца и эталона

Один экспериментальный метод, позволяющий избежать ошибки замещения образца, заключается в получении данных измерений, когда образец и эталон устанавливаются внутри интегрирующей сферы одновременно (рисунок 2). Для этого подхода требуется достаточно большая интегрирующая сфера, которая позволит разместить два образца с двумя портами.

Источник света расположен снаружи интегрирующей сферы, и измерения образца и эталона производятся последовательно. Зеркальное отражение от образца или прошедший пучок света выводятся из сферы так, что обнаруживается только рассеянный свет. Поскольку внутренняя поверхность сферы идентична для обоих измерений, ошибки замещения образцов не возникает.

Рисунок 2. Вышеупомянутая конфигурация не подвержена ошибке замещения образцов, поскольку внутренняя часть сферы одинакова для измерения эталона и образца. Во время эталонного измерения свет проходит только по (R), по (S) свет не падает. Обратное верно, когда производится измерение образца

Альтернативный способ: проводить измерения через порты для образца и эталона

Если невозможно одновременно установить образец и эталон в интегрирующей сфере, нужно заменять установленный образец. Если это необходимо, ошибки замещения образцов можно устранить, выполнив процедуру, описанную ниже.

Для этой процедуры требуется всего четыре измерения. Когда установлен эталонный образец, измерения производятся с двух разных портов. Образец должен находиться в поле зрения только одного порта. Затем эталон заменяется на исследуемый образец и измерения повторяются. Выполнение расчетов с использованием этих измерений устраняет ошибки замещения образцов.

© Thorlabs

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по поставке лабораторного и научного оборудования производства Thorlabs на территории РФ