단색화 (Monochromator) 장치 알아보기

Monochromator는 단색화 장치로 UV-Vis Spectrometer 장비에 있어서 가장 핵심이 되는 파츠입니다. 

프리즘 실험 (출처 : https://www.shimadzu.com/an/uv/support/fundamentals/monochromators.html)

 

백생 광원은 우리 눈에는 보이지 않지만 여러 가지 색을 가진 빛이 섞여 있습니다. 

이 프리즘 실험은 그걸 실험적으로 증명할 수 있는 예시 중 하나입니다.

프리즘 실험의 핵심은 각 파장이 가지고 있는 굴절률에 있습니다.

단파장(보라색)이 굴절율이 크며 장파장 (붉은색)으로 갈수록 굴절율은 작아집니다.

이 차이로 인하여 빛을 스펙트럼으로 분리할 수 있습니다.

프리즘은 굴절율을 이용한 백색 광원을 단색화를 만들 수 있는 것입니다.

보통 프리즘과 회절격자를 이용한 단색화 장치가 주를 이룹니다.

 

회절격자는 투과형과 반사형이 있습니다. UV-Vis Spectrometer에는 반사형이 주를 이룹니다.

 

회절격자 (출처 :  http://community.asdlib.org/imageandvideoexchangeforum/2013/07/26/wavelength-selection-using-a-monochromator/)

 

회절격자는 Diffraction grating (이하, 격자)이라 하고

Surface에 그루브(Grove)라는 톱니바퀴처럼 생긴 홈 같은 것이 있습니다.

그 홈을 이용하여 빛을 분산시키게 됩니다.

그 홈에 분산시킨 빛들은 포커싱 미러를 통해서

원하는 파장만 exit sliit을 보내 검출기로 가게 됩니다.

그러므로 각각의 파츠 간의 align를 잘 조절하여야 합니다.

보통 광학 측정 장비에서 align은 아주 중요한 작업 중에 하나입니다. 

 

격자에서 Grove의 개수는 아주 중요합니다.

Grove의 밀도가 조밀(또는 많을수록)할수록 격자의 분해능이 커지게 됩니다.

그러므로 장비회사에서 제공하는 스펙을 잘 파악하고 있어야 합니다.

그래야 측정 시에도 Grove의 면(격자의 면이 한 면 또는 2면 또는 3면인 것이 있습니다)을

적절히 잘 선택하셔야만 신뢰할만한 데이터를 얻을 수 있습니다.

하지만, 이 격자가 가지고 있는 단점도 존재합니다.

 

출처 : https://www.quora.com/What-is-a-diffraction-grating

 

격자는 Surface에서의 반사이기 때문에

몇 개의 각도 (0th order / 1st order / 2nd order...)로 반사가 되어 나타나는데

보통 원래 파장의 2 배수가 되는 위치에 나타납니다.

만약 이런 파장이 검출기에 들어오게 된다면 데이터에도 영향을 미치게 마련입니다.

그러므로 그 파장을 제거하기 위해서 필터를 사용하게 됩니다.

필터 역시 내가 없애고자 하는 파장에 따라 맞게 사용하여야 합니다.