Izgara temelli monokromatörler ve hiperspektral kameraların kalibrasyonu
Calibration of grating based monochromators and hyperspectral cameras
Yazar: ELİF ASENA ÖZER
Danışman: PROF. DR. MEVLÜT KARABULUT
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Spektroskopi, elektromanyetik radyasyonun, numune özelliğine bağlı olarak, numune ile etkileşime girdikten sonra iletilmesinin, yansımasının, saçılmasının veya soğurulmasının spektrometreler kullanılarak incelenmesidir. Spektrometreler, kapsadıkları elektromanyetik spektrum aralığı, optik tasarımları ve uygulama amaçlarına göre farklılık göstermekte olup gıda güvenliği, renk ölçümü, numune analizi vb. spektral ölçümler için referans cihaz olarak sıklıkla kullanılmaktadırlar. Cihazların yeniden konumlandırılması ve uzun süreli kullanımı sonucunda ölçüm sonuçlarında hatalar ve tekrarlanabilirlik sorunları meydana gelmektedir. Spektral algılama cihazlarının, aydınlatma kaynaklarının ve çeşitli optik filtrelerin ve camların hassas karakterizasyonu ve kalibrasyonu için hassas şekilde kalibre edilmiş monokromatör gerektirir. Nadir gazlar ve bunların karışımları ile doldurulmuş spektral lambalar ve lazerler bu amaçla yaygın olarak kullanılmaktadır. Tez çalışması kapsamında, ızgara temelli (Czerny-Turner tipi) monokromatörün hızlı ve hassas kalibrasyonu için iki farklı spektral kalibrasyon lambası ve He-Ne ayarlanabilir lazer kaynağı uygulamasının deneysel sonuçları incelendi. Elde edilen sonuçlar birbirleriyle karşılaştırıldı ve kalibrasyon denklemleri elde edildi. Ayrıca spektroskopi ve görüntüleme tekniğini bir araya getirip üç boyutlu bilgi sağlayan hiperspektral kameranın spektral kalibrasyonu için farklı dalga boyuna sahip lazer kaynaklar, LED kaynak, ksenon ışık kaynağı ve ksenon spektral kalibrasyon lambası kullanıldı ve spektral profiller C++ programlama dili kullanılarak geliştirilmiş olan algoritma ile elde edildi. Kaynakların referans spektrumları ve ölçümler sonucunda elde edilen spektrumlar arasındaki ilişki doğrusal veya doğrusal olmayan regresyon yöntemi kullanılarak tespit edildi ve kalibrasyon denklemleri elde edildi.

Abstract:
Spectroscopy is the study of transmission, reflection, scattering or absorption of electromagnetic radiation depending on the sample property after interacting with the sample using spectrometers. Spectrometers differ according to their electromagnetic spectrum range covered, optical design and application purpose and they are widely used as reference devices for spectral measurements such as food safety, color measurement, sample analysis, etc. As a result of the repositioning and long-term use of the devices, errors and repeatability problems occur in the measurement results. Precise characterization and calibration of spectral sensing devices, lighting sources, and various optical filters and windows require a precisely calibrated monochromator. Spectral lamps filled with rare gases and their mixtures and lasers are widely used for this purpose. Within the scope of the thesis, experimental results of applications of two different spectral calibration lamps and He-Ne tunable laser source for fast and precise calibration of grating-based (Czerny-Turner type) monochromator were investigated. The obtained results were compared with each other and the calibration equations were obtained. In addition, for the spectral calibration of hyperspectral camera, that combine spectroscopy and imaging techniques and provide three-dimensional information, laser sources with different wavelengths, LED source, xenon light source and xenon spectral calibration lamp were used and  spectral profiles were obtained with the algorithm developed using the C++ programming language. The relationship between the reference spectra of the sources and the spectra obtained as a result of the measurements was determined by using linear or non-linear regression methods and calibration equations were obtained.