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.
Hochpräzise Brechungsindexbestimmung
Das SpectroMaster® 600 HR Goniometer-Spektrometer ist derzeit das präziseste auf dem Markt verfügbare Messinstrument zur Bestimmung des Brechungsindex. Mit einer Genauigkeit von 2×10⁻⁶ ist er der Branchenprimus in Sachen hochpräzise Bestimmung des Brechungsindex.
Breiter Wellenlängenbereich
Abhängig vom SpectroMaster® Modell sind Messungen in einem maximalen Wellenlängenbereich von 195 bis 12.000 nm möglich.
Rückführbar auf internationale Standards
Die allgemeine Messgenauigkeit wird im TRIOPTICS-Labor sorgfältig überprüft. Die mit dem SpectroMaster gewonnenen Messergebnisse sind direkt rückführbar auf nationale und internationale Standards.
Produktübersicht
SpectroMaster® 600 HR
Automatisiertes Präzisions-Goniometer-Spektrometer
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
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
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
| Parameter | SpectroMaster® 600 HR | SpectroMaster® 600 MAN | SpectroMaster® 300 MAN |
|---|---|---|---|
| Maximaler messbarer Wellenlängenbereich | 195 nm … 12000 nm | 365 nm … 1014 nm | 365 nm … 1014 nm |
| Standard messbarer Wellenlängenbereich | 365 nm … 1014 nm | 365 nm … 1014 nm | 405 nm … 643 nm |
| Optional mesbarer Wellenlängenbereich | UV: 195 nm … 365 mm | -- | UV: 365 nm |
| SWIR: 1014 nm … 2325 nm | NIR: 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 nm | 1∙10-6 | 1∙10-6 | 1∙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).
Knowledge Base
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.