SM Serie – Miniatur NIR/MIR Spectrometer
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Die Miniatur-NIR/MIR-Spektrometer SM241, SM301 und SM304 sind Infrarot-Analysengeräte für den professionellen Einsatz im Labor und in der Industrie. Zusammen decken sie Wellenlängen vom Near-Infrared bis in den Mid-Infrared ab. Damit lassen sich sowohl NIR-Laseremissionen als auch die spektralen Eigenschaften von Chemikalien und Materialien untersuchen.
Jedes Modell ist auf eine etwas andere Aufgabe ausgelegt. Das SM241 verwendet einen CCD-Detektor mit einer speziellen Up-Conversion-Beschichtung, die die Empfindlichkeit kostengünstig in den NIR-Bereich (bis ca. 1,7 µm) erweitert. Damit eignet es sich besonders für hochauflösende NIR-Laser- und Molekülanalysen. Das SM301 nutzt ein gekühltes PbS-Array (optional als PbSe-Extended-Range-Variante SM301-EX), um weiter in den SWIR/MIR-Bereich vorzustoßen (1,0–3,0 µm bzw. bis 5,0 µm mit der EX). Es passt gut für Anwendungen wie die Detektion schwacher Signale und Mid-IR-Spektroskopie. Die SM304-Serie arbeitet mit einem thermoelektrisch gekühlten InGaAs-Array mit bis zu 512 Pixeln und erreicht extrem hohe Signal-to-Noise Ratios über 0,9–2,5 µm. Sie ist eine starke Wahl für anspruchsvolle Aufgaben wie Feuchteerkennung, Materialcharakterisierung von Halbleitern und Photovoltaik sowie weitere breitbandige NIR/SWIR-Analysen.
Alle Modelle verfügen über ein kompaktes, robustes Design und bieten einen flexiblen optischen Eingang (Free-Space-Slit oder Fibre Coupling), was die Integration in experimentelle Aufbauten oder OEM-Systeme erleichtert. Mit 16-bit Dynamic Range Electronics, schneller Data Acquisition und Unterstützung durch Windows-basierte Software/SDK bieten sie eine leistungsfähige, benutzerfreundliche Option für ein breites Spektrum an Infrarot-spektroskopischen Anwendungen.
Eigenschaften
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Breiter Infrared-Abdeckungsbereich – Als Produktreihe decken diese Spektrometer etwa ~0,9 µm bis 2,5 µm ab (und bis zu 5,0 µm mit der Variante SM301-EX) und umfassen damit sowohl den Near-Infrared- als auch den Mid-Infrared-Bereich. In der Praxis bedeutet das: Sie können das passende Modell wählen – von der Analyse von NIR-Laserlinien bis hin zu Mid-IR-Absorptionsbändern in chemischen Proben.
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Mehrere Detektortechnologien – Jedes Modell nutzt einen anderen Detektortyp, abgestimmt auf den jeweiligen Arbeitsbereich. Das up-conversion CCD des SM241 (phosphorbeschichtet) erweitert die Empfindlichkeit von Silizium-CCD über 1,1 µm hinaus in den NIR-Bereich und bietet damit eine kosteneffiziente Alternative zu InGaAs-Sensoren für Laseranwendungen. Der SM301 verwendet ein thermoelectric-cooled PbS array (optional mit PbSe-Variante für erweitertes MIR) für stabile, rauscharme Performance über 1–5 µm. Der SM304 integriert ein two-stage TE-cooled InGaAs array (256 oder 512 Pixel) und liefert hervorragende Empfindlichkeit sowie sehr hohe SNR über 0,9–2,5 µm. Diese Bandbreite an Detektoroptionen hilft dabei, die Performance optimal an den Spektralbereich und das jeweilige Signalniveau anzupassen.
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Hohe spektrale Auflösung (einstellbar) – Alle Modelle unterstützen austauschbare Entrance Slits (10 µm bis 400 µm) sowie verschiedene Gratings, sodass Sie spektrale Auflösung gegen Lichtdurchsatz abwägen können. Mit einem schmalen 10-µm-Slit und dem passenden Grating erreicht der SM241 im NIR etwa ~1 nm Auflösung. Die Detektoren mit größerer Fläche in SM301/SM304 liefern – je nach Konfiguration – typischerweise Auflösungen von ca. 3 nm bis 30 nm. Der entscheidende Punkt ist die Flexibilität: Sie können für höhere Auflösung zur Trennung feiner spektraler Merkmale optimieren oder den Slit verbreitern, um die Empfindlichkeit bei wenig Licht zu erhöhen.
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Thermoelectric Cooling & Low Noise – SM301 und SM304 verfügen über integrierte thermoelectric cooling (ca. -15 °C für PbS/PbSe und -20 °C für InGaAs). Eine niedrigere Detektortemperatur reduziert thermisches Rauschen und Dark Current – besonders relevant, wenn Sie in den längerwelligen SWIR/MIR-Bereich gehen. Praktisch bedeutet das eine stabilere Baseline und die Möglichkeit, schwächere Signale zu erfassen. So erreicht der SM304 beispielsweise Signal-to-Noise Ratios von über 10.000:1 (Single Scan, ohne Averaging), was ihn zu einer sehr guten Wahl für Low-Signal-Messungen und quantitative Analysen macht.
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Multi-Channel & Fast Acquisition – Im Gegensatz zu scannenden Monochromatoren erfassen diese array-basierten Spektrometer alle Wellenlängen gleichzeitig über ihre Multi-Pixel-Sensoren, was Messungen deutlich schneller macht. Die SM301 und SM304 können mit hohen Readout-Raten arbeiten (bis zu 2 MHz Pixel-Clock beim SM301), sodass Sie Spektren schnell aufnehmen und in kurzer Zeit mitteln können. Das System unterstützt außerdem Multi-Channel-Setups: Bis zu 8 Spektrometereinheiten können über USB angeschlossen und parallel betrieben werden. Das ist hilfreich für Multi-Point- oder Multi-Specimen-Anwendungen und verbessert den Durchsatz in industriellen oder Forschungsumgebungen.
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Flexible Optical Input – Jedes Spektrometer verfügt über einen konfigurierbaren Optical Input für unterschiedliche Setups. Licht kann für Free-Space-Beams direkt über eine Slit Aperture eingekoppelt werden oder über Standard-Fibre-Optic-Connectors (SMA 905 oder FC). Dadurch lassen sich Fibre-Optic-Probes, Remote-Sampling-Heads einfach anschließen oder das Gerät direkt auf einer Optical Bench montieren. Das vereinfacht die Integration – unabhängig davon, ob Sie einen Laser Beam, eine Leuchtdiode (LED) oder den Output eines fibre-coupled Systems messen.
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Robust Compact Design – Diese Instrumente sind miniature und portable, aufgebaut auf einer stabilen Optical Bench und mit goldbeschichteter Optik für maximale IR-Reflektivität. Das kleinste Modell (SM241) ist ca. 4.7 × 3.7 × 2.4 inches groß und wiegt ~1.5 lbs – ideal für Handheld-Einsatz und enge Einbausituationen. Die größeren gekühlten Modelle (SM301/SM304) sind ebenfalls recht kompakt (ca. 6.8 × 4.7 × 3 inches) und leicht, was die Integration in Racks, Field-Setups oder OEM-Geräte erleichtert, wenn nur begrenzt Platz zur Verfügung steht.
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Included Software & SDK – Jedes Spektrometer wird mit Windows-based Software (SM32Pro/SMProMX) für Acquisition, Darstellung und Analyse geliefert. Sie deckt praxisnahe Basisfunktionen ab wie Live-Spektrumanzeige, Datenexport, Zoom, Overlay-Vergleiche sowie Messungen in Absorbance-, Transmittance- oder Reflectance-Modi. Für Entwickler und Systemintegratoren gibt es ein vollständiges SDK mit DLL Libraries sowie Beispielcode (z. B. für VC++, LabVIEW, MATLAB), sodass Sie die Spektrometer in Ihre eigene Software integrieren oder Messungen automatisieren können. Das Ergebnis ist ein Setup, das Sie sofort für Out-of-the-Box-Messungen nutzen können – mit der Option, später für spezifischere Anwendungen zu customizen.
Verfügbare Modellvariationen
Alle verfügbaren Varianten und ein Vergleich ihrer Spezifikationen
| Specification | SM241 (CCD-based) | SM301 (PbS array) | SM304 (InGaAs array) |
|---|---|---|---|
Detector Type | 2048-pixel CCD (with NIR phosphor coating) | 256-pixel PbS array, TE-cooled (≈–15 °C) | 256 or 512-pixel InGaAs array, two-stage TE-cooled (≈–20 °C) |
Spectral Range | 0.90 – 1.65 µm (NIR) | 1.0 – 3.0 µm (SWIR) {{BR}}1.5 – 5.0 µm with SM301-EX | 0.9 – 2.5 µm (NIR/SWIR variants) |
Spectral Resolution | ~1.0 – 10 nm (slit & grating dependent) | ~10 – 30 nm (slit & grating dependent) | ~3 – 10 nm (variant & slit dependent) |
f-number (Spectrograph) | f/3.5 | f/3.5 | f/3.3 |
Optical Input | Free-space slit or fibre-coupled (SMA905 / FC) | Free-space slit or fibre-coupled (SMA905 / FC) | Free-space slit or fibre-coupled (SMA905 / FC) |
Entrance Slit Options | 10, 25, 50, 100, 200, 400 µm widths | 10, 25, 50, 100 µm widths (25 µm default) | 10, 25, 50, 100, 200, 400 µm widths |
Min. Integration Time | 1 ms | 0.01 ms (10 µs) | 1 ms |
Signal-to-Noise Ratio | ~250:1 (at full signal) | Not explicitly specified |
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Stray Light | < 0.1% (estimated @ NIR) | < 0.1% | < 0.01% (at 632 nm; ~0.05% average) |
Trigger Modes | Free-run or External trigger | Free-run or External trigger | Free-run, Software, External, plus TTL sync I/O |
Computer Interface | USB 2.0 (16-bit ADC, supports multi-channel) | USB 2.0 (16-bit ADC) | USB 2.0 (16-bit ADC, supports multi-channel) |
Dimensions (L×W×H) | 4.72″ × 3.74″ × 2.36″ (approx 120 × 95 × 60 mm) | 6.81″ × 4.72″ × 3.86″ (173 × 120 × 98 mm) | 6.81″ × 4.72″ × 2.95″ (173 × 120 × 75 mm) |
Weight | 1.5 lbs (0.68 kg) | 5.5 lbs (2.5 kg) | 4.5 lbs (2.0 kg) |
Order Sorting Filter | None required (n/a) | None (n/a) | Longpass or variable filter installed per range |
Hinweis: SM301-EX ist eine erweiterte Variante des SM301 mit einem gekühlten PbSe-Detektor für eine MIR-Abdeckung von 1,5–5,0 µm. Die SM304-Serie umfasst Modelle mit 256- oder 512-Pixel-InGaAs-Arrays; Modelle mit höherer Pixelzahl (z. B. SM304-512) bieten eine feinere Auflösung bei kürzeren maximalen Messbereichen, während 256-Pixel-Modelle längere Wellenlängen bis 2,5 µm mit etwas geringerer Auflösung abdecken.
FAQs
für SM Serie – Miniatur NIR/MIR Spectrometer
Das SM241 ist ideal für Nahinfrarot-Anwendungen im Bereich von ~0,9–1,65 µm, bei denen eine hohe spektrale Auflösung erforderlich ist. Typische Anwendungen sind die Analyse organischer Verbindungen und von Feuchte (Wassergehalt) in Lösungsmitteln, NIR-Laserspektroskopie sowie Messungen, bei denen eine NIR-Quelle mit schmaler Bandbreite (z. B. ein Laser) mit hoher Auflösung (in der Größenordnung von 1–2 nm) charakterisiert werden muss.
Das Kühlen des PbS-Detektors des SM301 (auf etwa -10 bis -15 °C) reduziert sein thermisches Rauschen und den dark current deutlich. Das führt zu höherer Empfindlichkeit und einer stabileren Basislinie, was für präzise spektroskopische Messungen im Bereich von 1–3 µm entscheidend ist (insbesondere bei sehr niedrigen Lichtpegeln oder schwachen Absorptionsmerkmalen). In der Praxis ermöglicht der gekühlte Detektor dem SM301 im Vergleich zu einem ungekühlten Äquivalent sauberere Signale und eine bessere Präzision bei Anwendungen mit geringer Signalstärke oder hohem Rauschanteil.
Ja. Der SM301-EX ist eine erweiterte Version des SM301, die ein PbSe Detector Array verwendet und thermisch-elektrisch gekühlt ist. Er deckt den Mid-Infrared-Bereich von etwa 1,5 µm bis 5,0 µm ab. Dieses Modell eignet sich sehr gut für mid-IR Anwendungen wie die Analyse molekularer Schwingungen im Fingerprint-Bereich, High-Temperature Prozessüberwachung oder Szenarien in der chemischen/petrochemischen Industrie, in denen mid-infrared Spektren von Interesse sind. Die Kühlung im SM301-EX stellt sicher, dass thermisches Background Noise minimiert wird, was besonders für MIR-Messungen wichtig ist.
Der InGaAs-Array-Detektor des SM304 bietet eine hervorragende Empfindlichkeit im erweiterten NIR/SWIR-Bereich (etwa 0,9–2,5 µm). Bei Kühlung auf -20 °C zeigt er ein extrem niedriges Rauschen und kann sehr hohe Signal-to-Noise Ratios erreichen (oft über 10.000:1 bei einem einzelnen schnellen Scan). In der Praxis macht das den SM304 besonders effektiv für Low-Signal- oder High-Precision-Anwendungen. Davon profitieren zum Beispiel Forschung in den Bereichen Photovoltaik und Halbleiter (z. B. Charakterisierung von Bandgaps und Materialabsorption im NIR), Feuchte- oder chemische Analysen (Nachweis von Obertönen/Kombinationsbanden im SWIR) sowie Reflectance-Spektroskopie, bei der sowohl eine breite spektrale Abdeckung als auch geringes Rauschen entscheidend sind. Die hohe Pixelanzahl (bis zu 512) ermöglicht zudem, feinere spektrale Details aufzulösen als bei Detektoren mit geringerer Auflösung.
Die SM304-Serie bietet unter diesen Modellen das höchste Signal-to-Noise Ratio. Dank ihres gekühlten InGaAs-Detektors und der hochwertigen Optik erreicht sie SNR-Werte in der Größenordnung von 7.500:1 bis 15.000:1 (je nach konkreter Variante und Integrationszeit) ohne Averaging. Das liegt deutlich über dem CCD-basierten SM241 (mit einem SNR von etwa 250:1 unter vergleichbaren Bedingungen) und ist in der Regel auch der Performance des SM301 überlegen. Wenn Sie daher sehr schwache bzw. Low-Light-Signale detektieren müssen (z. B. in der Spurenanalyse oder beim Messen sehr kleiner Absorptionsänderungen), ist der SM304 aufgrund seines außergewöhnlich niedrigen Noise Floor und seines hohen Dynamic Range die empfohlene Wahl.
Ja. Alle drei Spektrometermodelle sind so ausgelegt, dass sie Licht entweder über einen direkten Free-Space-Slit oder über Fibre-Optic-Coupling aufnehmen. Sie unterstützen jeweils Standard-Faserstecker-Adapter – typischerweise SMA 905 oder FC – die an der Entrance-Slit-Assembly befestigt werden. Damit können Sie problemlos ein fibre-optic cable anschließen, um Licht von einem entfernten Probenpunkt aufzunehmen, oder das Spektrometer in andere faserbasierte optische Systeme zu integrieren. Die Möglichkeit der Fibre Coupling bietet Flexibilität für Aufbauten, bei denen das Ausrichten eines Free-Space-Beams unpraktisch ist, oder wenn Sie Licht messen möchten, das z. B. von Probes, integrating spheres usw. gesammelt wird.
Die spektrale Auflösung wird in erster Linie durch die Breite des Eingangsspalts bestimmt (zusammen mit dem verwendeten Gitter). Bei jedem Modell können Sie den Spalt austauschen – gängige Optionen sind zum Beispiel 10 µm, 25 µm, 50 µm, 100 µm usw. Ein schmalerer Spalt verbessert die spektrale Auflösung (d. h. feinere Wellenlängenunterschiede werden aufgelöst), verringert aber auch die eingekoppelte Lichtmenge, wodurch das Signal schwächer ausfallen kann. Umgekehrt erhöht ein breiterer Spalt den Lichtdurchsatz (nützlich bei lichtschwachen Proben), allerdings auf Kosten einer geringeren Auflösung (stärkere Wellenlängenüberlagerung). So kann beim SM241 ein 10-µm-Spalt etwa ~1 nm Auflösung liefern, während ein 100-µm-Spalt eher ~10 nm Auflösung ermöglicht – dafür jedoch mit deutlich höherer Signalintensität. Durch die Wahl der passenden Spaltbreite für Ihre Anwendung können Sie also zwischen Auflösung und Empfindlichkeit abwägen. Zusätzlich ist die Auswahl eines geeigneten Gitters (mit höherer Rillendichte für höhere Auflösung über einen kleineren Bereich – oder umgekehrt) eine weitere Möglichkeit, die Auflösung zu justieren. Alle Modelle werden mit mehreren Spaltoptionen angeboten und können mit verschiedenen Gittern konfiguriert werden, um den gewünschten Spektraldetailgrad zu erreichen.
Ja. Jedes Spektrometer dieser Serie wird mit einem umfassenden Windows-basierten Softwarepaket geliefert (häufig als SM32Pro/SMProMX bezeichnet). Mit dieser Software können Sie das Gerät steuern, Spektren erfassen und grundlegende Analysen durchführen (z. B. zwischen Absorbanz-, Transmittanz- oder Intensitätsmodi umschalten, Baseline-Korrekturen durchführen, Spektren überlagern usw.). Zusätzlich zur Anwendersoftware wird ein SDK (Software Development Kit) bereitgestellt, einschließlich DLL Libraries und Programmierbeispielen (für Umgebungen wie C++, LabVIEW, MATLAB usw.). Dadurch lässt sich das Spektrometer in kundenspezifische Anwendungen, Automatisierungsskripte oder OEM-Hardware-Setups integrieren. Kurz gesagt: Out-of-the-box steht Ihnen eine einfach zu bedienende grafische Oberfläche für Messungen zur Verfügung – und bei Bedarf auch Tools für eine stärker kundenspezifische oder automatisierte Steuerung über eigenen Code.
