高速分光器Rapid Sight測定事例　光源の高速測定

分光分析において高速測定は重要な性能の1つです。
プラズマや発光等のアプリケーションでは分光情報からサンプル成分情報を取得しますが、成分情報の時間的な変化を詳細にとらえるために高速測定が重要となります。
Phase Photonics社の近赤外分光器「Rapid Sight」は高速処理回路を搭載しているために最高80,000スペクトル/秒という高速測定を実現しております。

今回はRapidSightの高速測定性能を検証するために、高速点灯が可能なLED照明を測定致しました。

1.実験概要

実験の概略図を以下に示します。

光源

TELELUMEN社のLight Replicatorを使用しました。
Light Replicatorは内部に16種類を内蔵したシミュレーション光源でユーザーの好きな色を作り出す事が出来る光源です。
今回は500nm,600nmの光源を交互に高速点滅させました。

分光器

Phase Photonics社の近赤外分光器「Rapid Sight」に光ファイバーを接続して光源の光を取り込みました。
300～1700nmの波長帯域を約1.33nm刻みで1024ポイントを測定し、その結果から500nmと600nmの結果を抜き出しました。
スペック上は、12.5μsec毎に上記1024ポイント分の分光情報を取得が可能です。

測定条件

測定はLEDの点滅時間、Rapidsightの露光時間は以下の3パターンで行いました。

1. LED点滅時間:10msec Rapidsight露光時間：100μsec
2. LED点滅時間:1msec Rapidsight露光時間：100μsec
3. LED点滅時間:1msec Rapidsight露光時間：50μsec

３のLED点滅時間のイメージは以下です。

2.測定結果

それぞれの条件毎に、Rapid SIGHTで測定した結果を示します。

1．LED点滅時間:10msec Rapidsight露光時間：100μsec

横軸が、測定回数、縦軸が光の強度です。
測定条件1では、LEDの点滅時間10msecに対して露光時間が0.1msecなので、LEDが点灯してから100ポイント測定したタイミングで光が消灯します。
今回の測定結果では、期待値通り、点滅時間10msec(グラフだと100ポイント)ごとにLEDが切り替わっている様子が確認出来ました。
（横軸の約40ポイント（測定開始から約4ミリsec後）から500nmのグラフが立ち上がり、130ポイントあたりから600nmのグラフが立ち上がっています。

2．LED点滅時間:1msec Rapidsight露光時間：100μsec

次に、先ほどの測定と比べて点滅時間を1/10にして、10ポイントごとにグラフの凹凸が切り替わるようにしました。
今回の測定結果でも、期待値通り、10ポイントごとにグラフの凹凸が切り替わり、LEDが点滅しているのがわかります。
先程よりも高速にLEDを切り替えていいますがRapidSightの高速測定性能ではその挙動もしっかりと測定出来ています。

3．LED点滅時間:1msec Rapidsight露光時間：50μsec

最後に、点滅時間は先ほどと同じく1msec、露光時間を半分にして、20ポイントごとLEDが切り替わるようにしました。
この測定結果においても、期待値通り、20ポイントごとにグラフの凹凸が切り替わる様子が観測できています。

まとめ

今回の測定では20,000スペクトル/秒（露光時間：0.05msec）の高速測定が行えることが証明されました。（Rapid Sightの最速測定スピード80,000スペクトル/秒は光源の仕様の限界で評価を実施していません。）

Rapid Sightの高速測定性能を活用する事で、プラズマ測定であれば発光過程を測定する事でプラズマ内の粒子の情報（密度・温度・電場等）を分光情報として解析し、プロセスのコントロールを行ったり、予混合圧縮着火期間などの燃焼方式における燃焼過程のモニタリングによる各ガス種の量とその変化の分析等の高速で変化するサンプルのプロセスモニタリング用途への応用が考えられます。

是非、以下製品に関してケイエルブイまでお問い合わせください。

製品情報

高速分光器　Rapid SIGHT

波長可変光源　Telelumen