۱۳۹۸/۰۶/۱۶ ۰۰:۰۰ ۹۰
طبقه بندی: معرفی تجهیزات آزمایشگاهی
چچ
تکفام ساز (Monochromator)

تکفام ساز (Monochromator)

با توجه به اینکه ویژگی های نوری مواد، وابسته به طول موج دریافتی آنها می باشد، لذا این تجهیز دارای کاربردهای وسیعی در علوم آزمایشگاهی و آزمایش های اپتیکی می باشد.اصول کارکرد یک تکفام ساز بر پایه اصل پاشندگی نوری توسط منشور یا پراکنش نور توسط یک پراشنما (diffraction grating) می باشد که معمولاً منشور یا پراشنمای این تجهیز، در حالت بازتابی مورد استفاده قرار می گیرد و منجر به جداسازی طول موج های مختلف نور از یکدیگر می گردد.

این تجهیز وسیله ای اپتیکی است که قادر به تولید و ارسال تابش الکترومغناطیس در پهنای باریکی از طول موج می باشد. محدوده طول موج مورد نظر تابشی یا به عبارت دیگر طیف مورد نظر تابشی توسط این دستگاه، از طرف کاربر تعیین و معرفی می شود.
با توجه به اینکه ویژگی های نوری مواد، وابسته به طول موج دریافتی آنها می باشد، لذا این تجهیز دارای کاربردهای وسیعی در علوم آزمایشگاهی و آزمایش های اپتیکی می باشد.اصول کارکرد یک تکفام ساز بر پایه اصل پاشندگی نوری توسط منشور یا پراکنش نور توسط یک پراشنما (diffraction grating) می باشد که معمولاً منشور یا پراشنمای این تجهیز، در حالت بازتابی مورد استفاده قرار می گیرد و منجر به جداسازی طول موج های مختلف نور از یکدیگر می گردد. این تجهیز با مکانیسم های خاصی، طیف انتخابی را پس از جداسازی به شکاف خروجی خود منتقل می کند.بدیهی است که پدیده پاشندگی در داخل تکفام ساز تنها در صورتی قابل کنترل می باشد که نور ورودی از منبع به صورت موازی تابیده شود. از اینرو این وسیله معمولاً به یک کلیماتور داخلی جهت تبدیل اشعه های واگرای نوری منبع نزدیک به نور موازی نیز مجهز می باشد. شکل (1)، اصول کلی عملکرد این تجهیز را نشان می دهد.
 
شکل (1) : اصول کلی عملکرد یک تکفام ساز
در شکل فوق عدسی C در نقش موازی ساز نور و منشور یا پراشنمای بازتابی D جهت پاشندگی نور، مورد استفاده قرار گرفته است. جهت انتخاب طول موج خروجی از این تجهیز با تغییرمکان روزنه خروجی F  می توان عمل نمود. تابع خروجی یک تکفام ساز معمولاً به صورت مثلثی شکل است که در آن تابش نشان داده شده با رأس مثلث، همان طول موجی اسمی انتخابی است و شدت تابش طول موجهای کناری به صورت خطی کاهش می  یابد تا به حالت غیر کاهشی تبدیل شود.

عرض باند طیفی تکفام ساز طبق تعریف عبارت است از "محدوده طول موجی که در آن شدت تابش طول موج های کناری به نصف شدت کاهش طول موج اسمی می رسد". مقدار عرض باند طیفی معمولاً در حد نانومتر می باشد. عرض باند طیفی طبق تعریف فوق با عبارت Full Width at Half Maximum و با حروف اختصاری FWHM نشان داده می شود. میزان پراکنش ایجاد شده توسط تکفام ساز در قالب نسبت عرض باند طیفی آن به واحد عرض شکاف خروجی، بیان می شود (به عنوان مثال، 1 نانومتر از طول موج به ازای یک میلیمتر از عرض شکاف خروجی). این فاکتور به ازای یک نوع خاص از پراشنمای بکاربرده شده در تکفام ساز ثابت می باشد.

در بسیاری از موارد به منظور کاهش عرض باند طیفی، تکفام ساز ها به صورت زوج و در عملکردی پشت سر هم طراحی می شوند. شدت تابش امواج الکترومغناطیس با طول موج متفاوت از طول موج انتخابی در تکفام ساز، با عنوان سطح انحراف نور (stray light level) شناخته شده که یکی از اصلی ترین ویژگی های فنی مربوط به این تجهیز به حساب می آید.
یکی از عوامل موثر در باریکی باند طیفی یک تکفام ساز ، فاصله کانونی کلیماتور مورد استفاده در آن، جهت موازی نمودن نورهای ورودی می باشد که هر چه بزرگتر اختیار شود، به نتایج بهتری منجر می گردد. از طرف دیگر استفاده از فواصل کانونی بزرگ در کلیماتور این تجهیز، باعث کاهش میزان نور قابل قبول از منبع می گردد.در تکفام سازهای بسیار دقیق ممکن است فواصل کانونی در حد 2 متر نیز طراحی و پیاده سازی شود که در طراحی چنین تجهیزی بایستی پایداری مکانیکی و حرارتی آن مورد توجه قرار گیرد. رایج ترین تکفام ساز موجود دارای فاصله کانونی 40 سانتی متر می باشد. در برخی از مواقع، خروجی تکفام ساز بر روی سطح یک شی خاص تابیده شده و سپس میزان بازت یا انتقال نور از آن شئ مورد مطالعه قرار می گیرد. در برخی از مواقع نیز، نور سفید، بر روی شئ مورد نظر تابیده شده و از تکفام ساز در ارزیابی نور منعکس شده و یا عبور داده شده، استفاده می گردد. از جمله مهمترین کاربردهای این تجهیز در کالیبراسیون سنجنده های فضایی، می توان به رفتارسنجی طیفی آشکارسازها اشاره نمود. علاوه بر این، اندازه گیری عبور طیفی، اندازه گیری میزان بازتاب آینه ای یا لامبرتی و تجزیه و تحلیل منابع طیفی نور، از دیگر کاربردهای این تجهیز به حساب می آید. در گزارش های آتی راجع به کاربرد این تجهیز و تجربه های مختلف استفاده از آن بیشتر صحبت خواهیم نمود.

شکل (2) : نمونه از یک تکفام ساز
آدرس کوتاه شده: