光学多通道分析器实验报告
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（1）.线性定标：
图一
选取其中的两个点，进行线性定标。将通道数转换为波长值。将蓝光照射狭缝。得到蓝光光谱图如下：其中蓝光的中心波长是459.02nm，波长范围是：440nm~490nm。
图二
（2）二次定标：
在图一中仍可以进行二次定标，选取三个点，得到二次定标蓝光的中心波长是461.99nm，波长范围是440nm~490nm。光谱图如下：
1、了解光学多通道分析器的结构原理；
2、学习光学仪器的校正方法；
3、掌握用光学多通道分析器测量未知光谱的方法。
二、实验仪器
WGD—6型光学多通道分析器，由光栅单色仪，CCD接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元及计算机组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体，是当代光学测量仪器的典型代表。
图三
（3）四次定标，选取图一中的全部四个点进行定标：
图四
四次定标的蓝光的中心波长是487.29nm，波长范围是445nm~510nm。光谱图如下：
图五
分析发现：
线性定标的蓝光最大波长是459.02nm。二次定标的蓝光最大波长是461.99nm。四次定标的蓝光最大波长是487.29nm。线性定标和二次定标结果相近且误差不大。四次定标的结果偏离理论值。
2.、实验过程中实验室一直开着灯。但影响几乎可以忽略不记。因为只有从狭缝正对着的光才有影响。
3、汞灯光谱如果十分混乱和粗宽，应调节狭缝大小或者移动光源来减少光照，使图像尖锐，从而方便定标。
4、光谱如果呈锯齿状，说明光源不正。
光学系统采用C—T型，如图2-1所示
入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围o—2mm连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝s1、s1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成像在S2上。
M2、M3焦距302．5mm
光栅G每毫米刻线600条闪耀波长550nm
二块滤光片工作区间白片350—600nm，红片600—900nm
仪器的整体结构如图3-2所示
三、基本知识
1、光谱
光谱是将复色光(白光)经过色散系统分光后的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案，全称为光学频谱。光谱中人眼可见波长范围内的电磁辐射称作可见光。
发射光谱有两种类型：连续光谱和明线光谱。
六、实验结果：
蓝光：中心波长为：459.02nm，范围是：440nm~490nm。
黄光：中心波长为：589.49nm，范围是：570nm~600nm。
红光：中心波长为：634.63nmBiblioteka Baidu范围是：610nm~650nm。
七、实验体会：
1、关于定标采用的次数：
光栅方程为：
不是一个线性方程，所以线性定标不一定是最适合的，所以实验中我尝试了线性，二次，四次定标。
4、光栅方程
d是光栅常数，λ是入射光波长，j是衍射级次，φ是入射角；θ是衍射角，当入射线与衍射线在法线同侧时取“＋”；异侧时取“－” 。
四、实验内容
1、调节狭缝S1宽度，使其约在0.2mm左右（以后应根据光强情况及分辨率要求随时调节）。
2、根据所测波长安装滤光片。
3、把汞灯对准狭缝并开灯预热。
4、把光栅单色仪的“转换开关”拨到“CCD”挡，先开外围设备，最后打开计算机。
435．835
434．750
433．924
407．781
404．656
365. 151
五、实验过程
1、蓝光：
定标步骤：
低压汞灯发出的光经多色仪分光后，其光谱带成像在CCD的感光像元上，CCD就将这个光信号转换成电压值，这些电压值经过放大模数转换和计算机采集，处理得到低压汞灯的光谱图。其中横坐标是通道数，纵坐标是光强。通过对已知谱线定标，将横坐标由CCD的通道转化为波长。选取两个峰值则进行线性定标，三个峰值则进行二次定标，四个峰值则进行三次定标。对照标准汞的光谱图进行定标。
2.、黄光定标如下：
得到黄光中心波长是589.49nm，黄光波长范围是：570nm~600nm。
图六
图七
3、红光：
得到红光中心波长是634.63nm，红光波长范围是：610nm~650nm。
图八
4、白炽灯：
图九
白炽灯靠高温发光发热，所以是连续光谱。连续光谱发生的条件是：炽热的固体，液体和高压气体的光谱，是由连续分布的一切波长的光组成的。
由dsinθ=k入可知。当叫角度较小是，角度间隔最小，当角度增加时，角度间隔增加。所以光谱排列并非按角度θ线性分布。当角度θ较小时可以简化为线性，即可采用线性定标，更进一步可以从级数展开的角度采用2次，3次或4次定标。
但是由于CCD器件本身尺寸的限制，采用3次和3次以上的拟合的结果已失去意义，采用二次定标已经足够了。
光学多通道分析器的应用
【摘要】光学多通道是一个能够同时对多个检测通道完成光电转换，实现光谱并行检测的探测器。光学多通道利用现代的光电技术——CCD来实现对光谱的接收、测量和处理。本实验通过光学多通道分析器测量了未知光谱（黄光，红光，蓝光等）的波长范围。
【关键词】光学多通道，CCD，光谱
【正文】
一、实验目的
5、按照使用说明书“操作方法”的要求，用计算机对仪器进行各种控制，全面掌握仪器的各种性能。
6、用汞灯的标准波长矫正光学多道分析器。
7、手动定标。
8、自拟方案，测量各种灯的波长。
汞灯的标准波长（nm）
690．716
623．437
612．327
607．264
579．065
576．959
546．074
491．604
2、色散
复色光(白光）分解为单色光而形成光谱的现象叫做光的色散。色散可以利用棱镜或光栅等作为“色散系统”的仪器来实现。
3、平面衍射光栅
一种由密集﹑等间距平行刻线构成的光学器件。分透射和反射两大类。它利用多缝衍射和干涉作用﹐将射到光栅上的光束按波长的不同进行色散﹐再经成像镜聚焦而形成光谱。
光谱仪常用的是反射光栅﹐而且是反射闪耀光栅。
由dsinθ=kλ可知。当角度较小时，角度间隔最小，当角度增加时，角度间隔增加。所以光谱排列并非按角度θ线性分布。当角度θ较小时，sinθ≈θ，可以简化为线性，即可采用线性定标，更进一步可以从级数展开的角度采用2次，3次或4次定标。
但是由于CCD器件本身尺寸的限制，采用3次和3次以上拟合的结果已失去意义，采用二次定标已经足够了。
图一
选取其中的两个点，进行线性定标。将通道数转换为波长值。将蓝光照射狭缝。得到蓝光光谱图如下：其中蓝光的中心波长是459.02nm，波长范围是：440nm~490nm。
图二
（2）二次定标：
在图一中仍可以进行二次定标，选取三个点，得到二次定标蓝光的中心波长是461.99nm，波长范围是440nm~490nm。光谱图如下：
1、了解光学多通道分析器的结构原理；
2、学习光学仪器的校正方法；
3、掌握用光学多通道分析器测量未知光谱的方法。
二、实验仪器
WGD—6型光学多通道分析器，由光栅单色仪，CCD接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元及计算机组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体，是当代光学测量仪器的典型代表。
图三
（3）四次定标，选取图一中的全部四个点进行定标：
图四
四次定标的蓝光的中心波长是487.29nm，波长范围是445nm~510nm。光谱图如下：
图五
分析发现：
线性定标的蓝光最大波长是459.02nm。二次定标的蓝光最大波长是461.99nm。四次定标的蓝光最大波长是487.29nm。线性定标和二次定标结果相近且误差不大。四次定标的结果偏离理论值。
2.、实验过程中实验室一直开着灯。但影响几乎可以忽略不记。因为只有从狭缝正对着的光才有影响。
3、汞灯光谱如果十分混乱和粗宽，应调节狭缝大小或者移动光源来减少光照，使图像尖锐，从而方便定标。
4、光谱如果呈锯齿状，说明光源不正。
光学系统采用C—T型，如图2-1所示
入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围o—2mm连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝s1、s1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成像在S2上。
M2、M3焦距302．5mm
光栅G每毫米刻线600条闪耀波长550nm
二块滤光片工作区间白片350—600nm，红片600—900nm
仪器的整体结构如图3-2所示
三、基本知识
1、光谱
光谱是将复色光(白光)经过色散系统分光后的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案，全称为光学频谱。光谱中人眼可见波长范围内的电磁辐射称作可见光。
发射光谱有两种类型：连续光谱和明线光谱。
六、实验结果：
蓝光：中心波长为：459.02nm，范围是：440nm~490nm。
黄光：中心波长为：589.49nm，范围是：570nm~600nm。
红光：中心波长为：634.63nmBiblioteka Baidu范围是：610nm~650nm。
七、实验体会：
1、关于定标采用的次数：
光栅方程为：
不是一个线性方程，所以线性定标不一定是最适合的，所以实验中我尝试了线性，二次，四次定标。
4、光栅方程
d是光栅常数，λ是入射光波长，j是衍射级次，φ是入射角；θ是衍射角，当入射线与衍射线在法线同侧时取“＋”；异侧时取“－” 。
四、实验内容
1、调节狭缝S1宽度，使其约在0.2mm左右（以后应根据光强情况及分辨率要求随时调节）。
2、根据所测波长安装滤光片。
3、把汞灯对准狭缝并开灯预热。
4、把光栅单色仪的“转换开关”拨到“CCD”挡，先开外围设备，最后打开计算机。
435．835
434．750
433．924
407．781
404．656
365. 151
五、实验过程
1、蓝光：
定标步骤：
低压汞灯发出的光经多色仪分光后，其光谱带成像在CCD的感光像元上，CCD就将这个光信号转换成电压值，这些电压值经过放大模数转换和计算机采集，处理得到低压汞灯的光谱图。其中横坐标是通道数，纵坐标是光强。通过对已知谱线定标，将横坐标由CCD的通道转化为波长。选取两个峰值则进行线性定标，三个峰值则进行二次定标，四个峰值则进行三次定标。对照标准汞的光谱图进行定标。
2.、黄光定标如下：
得到黄光中心波长是589.49nm，黄光波长范围是：570nm~600nm。
图六
图七
3、红光：
得到红光中心波长是634.63nm，红光波长范围是：610nm~650nm。
图八
4、白炽灯：
图九
白炽灯靠高温发光发热，所以是连续光谱。连续光谱发生的条件是：炽热的固体，液体和高压气体的光谱，是由连续分布的一切波长的光组成的。
由dsinθ=k入可知。当叫角度较小是，角度间隔最小，当角度增加时，角度间隔增加。所以光谱排列并非按角度θ线性分布。当角度θ较小时可以简化为线性，即可采用线性定标，更进一步可以从级数展开的角度采用2次，3次或4次定标。
但是由于CCD器件本身尺寸的限制，采用3次和3次以上的拟合的结果已失去意义，采用二次定标已经足够了。
光学多通道分析器的应用
【摘要】光学多通道是一个能够同时对多个检测通道完成光电转换，实现光谱并行检测的探测器。光学多通道利用现代的光电技术——CCD来实现对光谱的接收、测量和处理。本实验通过光学多通道分析器测量了未知光谱（黄光，红光，蓝光等）的波长范围。
【关键词】光学多通道，CCD，光谱
【正文】
一、实验目的
5、按照使用说明书“操作方法”的要求，用计算机对仪器进行各种控制，全面掌握仪器的各种性能。
6、用汞灯的标准波长矫正光学多道分析器。
7、手动定标。
8、自拟方案，测量各种灯的波长。
汞灯的标准波长（nm）
690．716
623．437
612．327
607．264
579．065
576．959
546．074
491．604
2、色散
复色光(白光）分解为单色光而形成光谱的现象叫做光的色散。色散可以利用棱镜或光栅等作为“色散系统”的仪器来实现。
3、平面衍射光栅
一种由密集﹑等间距平行刻线构成的光学器件。分透射和反射两大类。它利用多缝衍射和干涉作用﹐将射到光栅上的光束按波长的不同进行色散﹐再经成像镜聚焦而形成光谱。
光谱仪常用的是反射光栅﹐而且是反射闪耀光栅。
由dsinθ=kλ可知。当角度较小时，角度间隔最小，当角度增加时，角度间隔增加。所以光谱排列并非按角度θ线性分布。当角度θ较小时，sinθ≈θ，可以简化为线性，即可采用线性定标，更进一步可以从级数展开的角度采用2次，3次或4次定标。
但是由于CCD器件本身尺寸的限制，采用3次和3次以上拟合的结果已失去意义，采用二次定标已经足够了。