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SpectroMaster Produktbroschüre

SpectroMaster®

Goniometer-Spektrometer für die Bestimmung des Brechungsindex

SpectroMaster®Goniometer-Spektrometer werden von Herstellern optischer Gläser, nationalen Metrologieinstituten sowie wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen mit höchsten Genauigkeitsanforderungen zur Bestimmung des Brechungsindex und der Dispersion von optischen Gläsern und kristallinen Materialien im UV-, VIS- oder IR-Spektralbereich eingesetzt.

Produktübersicht

SpectroMaster® 600 HR

Automatisiertes Präzisions-Goniometer-Spektrometer
SpectroMaster-600-HR

Der SpectroMaster® 600 HR ist das derzeit präziseste Brechungsindex-Messsystem auf dem Markt. Seine hohe Genauigkeit ist das Ergebnis ultrapräziser Komponenten. Hierzu zählt der motorisierte Drehtisch mit Luftlager, die hochklassige Spiegeloptik und die hochwertige Fertigung einschließlich sorgfältiger Überprüfung aller relevanten Parameter. Das motorisierte Goniometer ist ausgestattet mit Piezomotoren, die dank vernachlässigbarer Verlustleistung optimale thermische Stabilität garantieren.

  • Höchste Genauigkeit von 2×10⁻⁶ in der Bestimmung des Brechungsindex

  • Maximaler Wellenlängenbereich von 195 nm bis 12.000 nm

  • Vollautomatisierte Messprozedur

  • Motorisiertes Filter- und Spektrallampenwechselrad

  • Motorisiertes Goniometer

  • Motorisierter Prüflingstisch

  • Kollimator und Autokollimator basierend auf Spiegeloptik. Kein Nachfokussieren über den gesamten Spektralbereich notwendig

  • Serienmäßig mit Hg und Cd Spektrallampen ausgestattet

  • Weitere Spektrallampen optional verfügbar

  • Serienmäßig mit CCD zur Messung im Spektralbereich 365 nm – 1.014 nm ausgestattet

  • Weitere Detektoren zur Erweiterung des messbaren Spektralbereichs zw. 195 nm – 2.325 nm verfügbar

  • Infrarotlichtquellen zw. 4.000 nm – 12.000 nm und Infrarotdetektoren optional verfügbar

SpectroMaster® 600 MAN

Manuelles Präzisions-Goniometer-Spektrometer

Der SpectroMaster® 600 MAN arbeitet mit Spiegeloptik und behält damit den Vorteil bei, dass Kollimator und Autokollimator über den gesamten messbaren Spektralbereich nicht nachfokussiert werden müssen. Lampenwechselrad, Goniometer und Prüflingstisch sind manuell bedienbar. Dabei wird der Nutzer mit Software-Unterstützung durch die Messprozedur geführt. Das Messsystem erreicht eine ausgezeichnete Genauigkeit in der Brechungsindexmessung und ist somit eine Alternative zum vollautomatisierten SpectroMaster® 600 HR bei geringerer Anforderung am messbaren Spektralbereich und an der Messgeschwindigkeit.

  • Genauigkeit von 4×10⁻⁶ in der Bestimmung des Brechungsindex

  • Maximaler Wellenlängenbereich von 365 nm bis 1.014 nm

  • Ausgefeilte Software-Unterstützung und Justage-Indikatoren für hohe Genauigkeit in der manuellen Bedienung

  • Motorisiertes Filterwechselrad, manuell bedienbares Lampenwechselrad

  • Präzisionsmechanik zur manuellen Bedienung des Goniometers und des Prüflingstisches

  • Kollimator und Autokollimator basierend auf Spiegeloptik. Kein Nachfokussieren über den gesamten Spektralbereich notwendig

  • Serienmäßig mit Hg und Cd Spektrallampen ausgestattet

  • Weitere Spektrallampen optional verfügbar

  • Mit CCD zur Messung im Spektralbereich 365 nm – 1.014 nm ausgestattet

SpectroMaster® 300 MAN

Kompaktes manuelles Präzisions-Goniometer-Spektrometer
SpectroMaster 300MAN

Der SpectroMaster® 300 MAN arbeitet mit refraktiver Optik. Die hohe Präzision dieses Instruments wird durch eine spezielle Fokussieroptik erzielt, die
ermöglicht, Teleskop und Kollimator auf die beste Kollimation für die spezifische Messwellenlänge zu fokussieren. Er bietet eine sehr hohe Systemgenauigkeit bei Brechungsindexmessungen.

  • Genauigkeit von 5×10⁻⁶ in der Bestimmung des Brechungsindex

  • Maximaler Wellenlängenbereich von 365 nm bis 1.014 nm

  • Ausgefeilte Software-Unterstützung und Justage-Indikatoren für hohe Genauigkeit in der manuellen Bedienung

  • Filterwechsel erfolgt manuell

  • Präzisionsmechanik zur manuellen Bedienung des Goniometers und des Prüflingstisches

  • Manuell fokussierbarer Kollimator und Autokollimator zur Erreichung einer hohen Messgenauigkeit über den gesamten Spektralbereich

  • Serienmäßig mit einer Spektrallampe (HgCd) ausgestattet. Kein Lampenwechsler

  • Manuell bedienbarer Lampenwechsler und weitere Spektrallampen optional verfügbar

  • Mit CCD zur Messung im Spektralbereich 365 nm – 1.014 nm ausgestattet

Anfrage SpectroMaster®
SpectroMaster-with-Operator

Software

SpectroMaster® Software

Die gesamte Funktionalität des SpectroMaster® wird durch eine integrierte, auf Windows 7 basierende Software gesteuert. Sie verarbeitet die Messwerte aus Autokollimator und hochpräzisem Winkelencoder zu einem genauen Messwert für den Brechungsindex. Mit dem motorisierten SpectroMaster® 600 HR können Messungen über den gesamten Spektralbereich vollautomatisch ausgeführt werden. Wenn eine Näherung für den Brechungsindex eines bestimmten Glastyps bekannt ist, sucht und misst die Software automatisch jede programmierte Spektrallinie und gibt einen Bericht über die gemessenen Brechungsindizes aus. Die anfängliche Näherung für den Brechungsindex kann entweder vom Nutzer manuell eingegeben werden oder von der Software über eine integrierte Glasdatenbank aus hinterlegten Dispersionskoeffizienten berechnet werden. Zusätzlich ermöglichen ausgefeilte Tools die schnelle und einfache Charakterisierung unbekannter Glastypen, sodass genaue Brechungsindexdaten in wenigen Minuten ermittelt werden können. Natürlich korrigiert die Software die Messdaten unter Berücksichtigung des Brechungsindex der Umgebungsluft in Abhängigkeit von Temperatur, Feuchtigkeit und Druck.

Bei Messungen mit der CCD Kamera stützt sich die Software zur präzisen Erkennung von Spektrallinienpositionen auf die bewährten Bildanalyse-Algorithmen der TRIOPTICS Instrumente PrismMaster® und OptiAngle®. Bei Messungen mit Lichtdetektoren, die im UV und IR Spektralbereich eingesetzt werden, werden die Spektrallinienprofile automatisch und hochauflösend abgetastet, so dass die Position der Linienmitte mit höchster Präzision bestimmt wird. Die vollständige Motorisierung stellt dabei eine maximale Unabhängigkeit von der Geschicklichkeit des Bedieners sicher. Es konnte allerdings gezeigt werden, dass die manuell bedienbaren Modelle SpectroMaster® 600 MAN und SpectroMaster® 300 MAN – dank der präzisen Justage-Indikatoren, die den Bediener bei der Erlangung der maximalen Genauigkeit unterstützten – ähnlich hohe Systemgenauigkeit erreichen können. Selbstverständlich erstellt die Software ein vollständiges und detailliertes Zertifikat über die Messergebnisse. Für weitergehende Analysen ist auch eine Datenausgabe im Text Format verfügbar.

Technische Daten

ParameterSpectroMaster® 600 HRSpectroMaster® 600 MANSpectroMaster® 300 MAN
Maximaler messbarer Wellenlängenbereich195 nm … 12000 nm365 nm … 1014 nm365 nm … 1014 nm
Standard messbarer Wellenlängenbereich365 nm … 1014 nm365 nm … 1014 nm405 nm … 643 nm
Optional mesbarer WellenlängenbereichUV: 195 nm … 365 mm --UV: 365 nm
SWIR: 1014 nm … 2325 nmNIR: 1014 nm
MWIR / LWIR: 4000 nm … 12000 nm
Öffnungswinkel-Messgenauigkeit1)± 0.2 arcsec± 0.4 arcsec± 0.5 arcsec
Brechungsindex-Messgenauigkeit1)± 2∙10-6± 4∙10-6± 5∙10-6
Wiederholbarkeit der Brechungsindexmessung (1σ)
UV: 195 nm … 365 mm2)3∙10-6 -- --
VIS / NIR: 365 nm … 1014 nm1∙10-61∙10-61∙10-6
SWIR: 1014 nm … 2325 nm3)5∙10-6 -- --
MWIR / LWIR: 4000 nm … 12000 nm4)1∙10-4 -- --
Kollimator• außeraxialer parabolischer Spiegel-Kollimator
• verstellbarer Spalt
• außeraxialer parabolischer Spiegel-Kollimator
• verstellbarer Spalt
Fokussierender refraktiver Kollimator
Autokollimator• außeraxialer parabolischer Spiegel-Kollimator
• geometrischer Strahlteiler
• außeraxialer parabolischer Spiegel-Kollimator
• geometrischer Strahlteiler
Fokussierender refraktiver Autollimator
Spektrallampengehäuse• Einbauraum für 9 Lichtquellen auf einem motorisierten Drehtisch
• motorisierter Filterwechsler für 17 Interferenzfilter
• Einbauraum für 9 Lichtquellen auf einem Drehtisch zur manuellen Auswahl
• motorisierter Filterwechsler für 17 Interferenzfilter
Standard:
• Spektrallampengehäuse für eine einzelne Spektrallampe (HgCd)
• manueller Filterwechsel
Optional:
• Einbauraum für 8 Lichtquellen auf einem Drehtisch zur manuellen Auswahl

1) Die Genauigkeit ist auf nationale Normen rückführbar und die Wiederholbarkeit wird durch Messung eines zertifizierten Referenzprismas (Material N-BK7, Homogenität H4, Scheitelwinkel 65°, Öffnung Ø30mm, Oberflächenqualität λ/10) bei folgenden Wellenlängen nachgewiesen: 404,6 / 435,8 / 479,9 / 508,6 / 546,1 und 643,8 nm.
Die Erfüllung der oben genannten Spezifikationen setzt optimale und stabile Umgebungsbedingungen in Bezug auf Temperatur (±0,1°C), Luftfeuchtigkeit (50-70%), Druck (±0,5 hPa) und Luftstrom, eine hohe Oberflächenqualität des Prüflings (< λ/10) und eine Apertur von nicht weniger als Ø30 mm voraus. Weiterhin empfehlen wir die „Meteo Station 5-400-030“ als Zubehör zur Überwachung der Umgebungsbedingungen.

2) Verifiziert bei den Wellenlängen 312 und 365 nm mit einem Referenzprüfling (Material Quarzglas, Spitzenwinkel 65°, Apertur Ø30 mm).

3) Verifizierung bei den Wellenlängen 1014 und 1530 nm mit einem Referenzprüfling (Material N-BK7, Spitzenwinkel 65°, Apertur Ø30 mm)

4) Verifizierung bei einer Wellenlänge im spezifizierten Bereich mit einem Referenzprüfling (Material ZnSe, Spitzenwinkel 20°, Apertur Ø20 mm).

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Messprinzip

Minimalabweichungsmethode

Die von Fraunhofer zu Beginn des 19. Jahrhunderts beschriebene Minimalabweichungsmethode ist unten skizziert. Sie basiert auf der Lichtbrechung durch ein präzises Prisma, das aus dem untersuchten optischen Material hergestellt wird. Ein Bündel monochromatischen kollimierten Lichts von einem Kollimator tritt an einer Oberfläche des Prismas ein und wird beim Verlassen der zweiten Oberfläche unter einem bestimmten Abweichungswinkel δ gebrochen. Der Abweichungswinkel ist eine Funktion der Wellenlänge λ und wird mit einem Teleskop gemessen, das an einem Goniometertisch befestigt ist. Der von beiden Prismenflächen eingeschlossene Winkel wird allgemein als Scheitelwinkel α des Prismas bezeichnet. Wenn der Einfallswinkel θ, bei dem das Licht in das Prisma eintritt, geändert wird, ändert sich auch der Abweichungswinkel δ. Es kann gezeigt werden, dass der Abweichungswinkel δ minimal wird, wenn der Winkel θ‘, bei dem der Strahl die zweite Oberfläche verlässt, gleich θ ist, d.h. θ = θ‘. Dieser symmetrische Fall ist die sogenannte minimale Abweichungsbedingung. In diesem Fall kann der Brechungsindex des Prismenmaterials nach unten genannter Formel berechnet werden:

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Dabei ist nair der Brechungsindex der Umgebungsluft. nair ist eine Funktion der Wellenlänge λ, der Temperatur T, des Drucks p und der Feuchte und kann mit ausreichender Genauigkeit aus p und T mit der allgemein anerkannten Edlén-Gleichung berechnet werden. In den meisten Fällen kann die Feuchtigkeit vernachlässigt werden. Da diese Berechnungen sehr komplex und fehleranfällig sind, geschieht dies automatisch durch die Gerätesoftware.

Der Brechungsindex kann nur bestimmt werden, wenn der Scheitelwinkel α genau bekannt ist. Die beiden Winkel α und δ werden mit einem ultrapräzisen Goniometer mit einer Genauigkeit von einer Bogensekunde gemessen.  Der Scheitelwinkel α wird mit einem Autokollimator gemessen, der am Goniometertisch befestigt ist.

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