Development of a Reference Spectrometer with a Supercontinuum Laser Source
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2024-06-17
Department
Major/Subject
Photonics and Nanotechnology
Mcode
ELEC3052
Degree programme
Master’s Programme in Electronics and Nanotechnology (TS2013)
Language
en
Pages
82
Series
Abstract
In this work, a new reference spectrometer is developed and tested to maintain and expand the measurement capabilities at the Metrology Research Institute of Aalto University. The new spectrometer is a single beam instrument for measuring regular spectral transmittance in the wavelength range of 200 nm to 2100 nm. To automate the facility a LabVIEW based system is programmed. An optical fiber-based supercontinuum laser was chosen as the primary light source due to its brightness and broad bandwidth. The measurement setup was further expanded into the UV-range by implementing a laser driven xenon lamp. Light from these sources was made monochromatic using a diffraction grating monochromator and order sorting filters. To provide detection in the broad wavelength range an averaging sphere with a photomultiplier tube, silicon- and indium gallium arsenide photodiodes are used. Characterization of the spectrometer and its components is performed together with spectral transmittance measurements of bandpass and neutral density filters. These measurement results are compared with previous results of existing devices to evaluate the accuracy and precision of the facility. Uncertainties related to wavelength calibration, detector linearity, light source stability, stray light and interreflections are determined for the transmittance measurements performed. As examples, the absolute standard uncertainty for a neutral density filter measurements are estimated at 5.3⋅10-5 for ND10A and 1.1⋅10-5 for ND20A. For measured bandpass filters a peak absolute uncertainty for the slopes is estimated at 10-2.Tässä työssä kehitettiin uusi referenssispektrometri ylläpitämään ja laajentamaan mittauskyvykkyyksiä Aalto-yliopiston Metrologian tutkimusinstituutissa. Uusi spektrometri on yksisäteinen laite spektrisen suuntaläpäisysuhteen mittaamiseen aallonpituusalueella 200 nm - 2100 nm. Laitteen automatisoimiseksi on ohjelmoitu LabVIEW-pohjainen järjestelmä. Pääasialliseksi valonlähteeksi valittiin optiseen kuituun perustuva superjatkuvuuslaseri sen kirkkauden ja laajan kaistanleveyden vuoksi. Mittausjärjestelmää laajennettiin edelleen UV-alueelle lisäämällä laserohjattu ksenon-lamppu toissijaiseksi valonlähteeksi. Näiden lähteiden valosta tehdään monokromaattista käyttäen diffraktiohilamonokromaattoria ja lajittelusuodattimia. Laajan aallonpituusalueen havaitsemiseksi käytetään integroivaa palloa, jossa on valomonistinputki sekä pii- ja indiumgalliumarsenidi-fotodiodit. Spektrometrin ja sen komponenttien karakterisointi suoritettiin kaistanpäästö- ja harmaasuodattimien spektrisen läpäisysuhteen mittausten yhteydessä. Tarkkuuden ja hajonnan arvioimiseksi näitä mittaustuloksia verrattiin aiempiin tuloksiin muilla laitteilla. Suoritettujen läpäisysuhteen mittausten epävarmuus määritettiin aallonpituus kalibroinnin, detektorin lineaarisuuden, valonlähteen vakauden, hajavalon ja keskinäisheijastumien osalta. Esimerkiksi harmaasuodinmittauksen absoluuttiseksi standardiepävarmuudeksi arvioitiin 5.3⋅10-5 suodattimelle ND10A ja 1.1⋅10-5 suodattimelle ND20A. Mitattujen kaistanpäästösuodattimien suurimmiksi absoluuttisiksi epävarmuuksiksi arvioitiin 10-2.Description
Supervisor
Ikonen, ErkkiThesis advisor
Manoocheri, FarshidKeywords
reference spectrometer, supercontinuum laser, laser driven light source, monochromator, spectral transmittance
