光學(xué)多通道分析報告器實驗報告材料

1、光學(xué)多通道分析器的應(yīng)用【摘要】光學(xué)多通道是一個能夠同時對多個檢測通道完成光電轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)光譜并行檢測的 探測器。光學(xué)多通道利用現(xiàn)代的光電技術(shù)一一CCD來實現(xiàn)對光譜的接收、測量和處理。本實驗通過光學(xué)多通道分析器測量了未知光譜（黃光，紅光，藍光等）的波長范圍?！娟P(guān)鍵詞】光學(xué)多通道，CCD光譜【正文】、實驗?zāi)康?、了解光學(xué)多通道分析器的結(jié)構(gòu)原理；2、學(xué)習(xí)光學(xué)儀器的校正方法；3、掌握用光學(xué)多通道分析器測量未知光譜的方法。、實驗儀器WG 6型光學(xué)多通道分析器，由光柵單色儀，CCD接收單元，掃描系統(tǒng)，電子放大器,A/D采集單元及計算機組成。該設(shè)備集光學(xué)、精密機械、電子學(xué)、計算機技術(shù)于一體，是當 代光學(xué)測量儀

2、器的典型代表。光學(xué)系統(tǒng)采用C T型，如圖2-1所示入射狹縫、出射狹縫均為直狹縫，寬度范圍o2mmi續(xù)可調(diào)，光源發(fā)出的光束進入入射狹縫si、si位于反射式準光鏡 M2的焦面上，通過S1射入的光束經(jīng) M2反射成平行光束投 向平面光柵G上，衍射后的平行光束經(jīng)物鏡M3成像在S2上。M2 M3焦距 302. 5mm光柵G每毫米刻線600條閃耀波長550nm二塊濾光片工作區(qū)間白片350 600nm,紅片600 900nm儀器的整體結(jié)構(gòu)如圖3-2所示三、基本知識1、光譜光譜是將復(fù)色光（白光）經(jīng)過色散系統(tǒng)分光后的單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案，全稱為光學(xué)頻譜。光譜中人眼可見波長范圍內(nèi)的電磁輻射稱作

3、可見光。發(fā)射光譜有兩種類型：連續(xù)光譜和明線光譜。2、色散復(fù)色光（白光）分解為單色光而形成光譜的現(xiàn)象叫做光的色散。色散可以利用棱鏡或光柵等作為“色散系統(tǒng)”的儀器來實現(xiàn)。3、平面衍射光柵一種由密集、等間距平行刻線構(gòu)成的光學(xué)器件。分透射和反射兩大類。 它利用多縫衍射和干涉作用，將射到光柵上的光束按波長的不同進行色散，再經(jīng)成像鏡聚焦而形成光譜。光譜儀常用的是反射光柵，而且是反射閃耀光柵。4、光柵方程d (sin 二 - sin)=廣 j = 0,-1,-2,-3d是光柵常數(shù)，入是入射光波長，j是衍射級次，$是入射角；B是衍射角，當入射線 與衍射線在法線同側(cè)時取“ + ”；異側(cè)時取“”。四、實驗內(nèi)容1、

4、 調(diào)節(jié)狹縫S1寬度，使其約在 0.2mm左右（以后應(yīng)根據(jù)光強情況及分辨率要求隨時 調(diào)節(jié)）。2、根據(jù)所測波長安裝濾光片。3、把汞燈對準狹縫并開燈預(yù)熱。4、 把光柵單色儀的“轉(zhuǎn)換開關(guān)”撥到“CCD ”擋，先開外圍設(shè)備，最后打開計算機。5、按照使用說明書“操作方法”的要求，用計算機對儀器進行各種控制，全面掌握儀 器的各種性能。6、用汞燈的標準波長矯正光學(xué)多道分析器。7、手動定標。& 自擬方案，測量各種燈的波長。汞燈的標準波長（nm）690. 716623. 437612. 327607. 264579. 065576. 959546. 074491. 604435. 835434. 7504

5、33. 924407. 781404. 656365. 151五、實驗過程1、藍光:定標步驟：低壓汞燈發(fā)出的光經(jīng)多色儀分光后，其光譜帶成像在 CCD的感光像元上，CCD就將這個光信號轉(zhuǎn)換成電壓值， 這些電壓值經(jīng)過放大模數(shù)轉(zhuǎn)換和計算機采集，處理得到低壓汞燈的光譜圖。其中橫坐標是通道數(shù)，縱坐標是光強。通過對已知譜線定標，將橫坐標由CCD的通道轉(zhuǎn)化為波長。選取兩個峰值則進行線性定標，三個峰值則進行二次定標，四個峰值則進行三次定標。對照標準汞的光譜圖進行定標。序號通道液長(H1851365, 152404. E5<1 >逹樣設(shè)置F線桂走標廠二次定標r三夜定標廠四次走標計算結(jié)臬定標仝式：y

6、= a*x4 十 b*x3 十 cx2 + d*x + ea = 0, 00000r = I. 00000b 二 0. OOOQQc = Ou DODODd = 0- 0767De = 299, 87S13n R-R-R-WR-W 皆 A；_-沁00#一 sglslElEg 田e Ccd Systan -無標題1 &2 8J背最灑除攝中比諛氏血 34Q UJ佃 |玻長方式算動間湮10.00m 二斌丈宿點：1772麺恒：4030.0V 1$ 1 島(1) 線性定標:最小二柔祛定標圖一選取其中的兩個點， 進行線性定標。將通道數(shù)轉(zhuǎn)換為波長值。將藍光照射狹縫。得到藍光光譜圖如下：其中藍光的中心

7、波長是459.02nm，波長范圍是：440nm490nm。Cud Syat “ -死標趙° 0 a a ®宣時三推新逹打開觴莖數(shù)遼置出*1呼1工作存錦黠語袋名粽中右據(jù)長1HI CO 佃玻検方式手動后退手動村謖樓動間世flb.OOmF量則點：4S«.02m數(shù)店：£261.0背最満瞼'L存楠爲R-R-2RTR7R-5R-15ft-TK.-aKTI仃i.OD420.00140. 00SO匚SOO.OOSSD. 00圖#歌限I臥焉|胡迢剜創(chuàng)曲承.剛匝區(qū)國|中丄a冋匕產(chǎn)曲Ced Systdn -無棟題(2)二次定標：在圖一中仍可以進行二次定標，選取三個點，

8、得到二次定標藍光的中心波長是461.99nm,波長范圍是 440nm490nm。光譜圖如下:立伴心(5且 運行® 薇據(jù)址程® 系飯 幫肪宣時三雄熙相背最満陳TJGI羊戡炭置夂I喰再 tts-i羌-irn500 8 佃|玻長方式手動后唱手動府謹算動間晅50. OOcn*J最丈陽點：46L.99i?IiTS： 3401.0譜狀名稱工ft存酋器中業(yè)諛繪|所百再ii器-存宿爲R-lR-2RTR-5R-6K-7R-aKTI仃't<20.00440.00 血 00500.00SS0.00S4J0.0GS6D.00>2囲#|歌I聯(lián)焉|r；=|區(qū)除斗 eo.lorg C

9、cd SystAfi -無標題圖三(3 )四次定標，選取圖一中的全部四個點進行定標:)運行® 敷J&處翅如 SiJt ffifth Qi)三雅照幗療儲雯R-12K-3方式渡按方式慰佰：4012.0:4ZB. 67yTJQ屢光時聞1平極戡1星加橄1J是大悄41.40J0r* 14 r %'tl' "tJ7 o手功后世R-5RTR-3序號通道波悵Cn-J131434. 002154954乩 0031257S+ 0041330579, DO<計算結(jié)黒.42t 00廣履性定標 廠二次龍標 宿三菽定標 r四次定標* = (L OOOOU上三 L OOIJ

10、I3Qb 三 0. 00000c -0. 00011 ddl s 0. 23077e = 406. 35872440. 00460. DO 4&D. OD 500.00520.00540.00 I# 富 |Q 迪、% R-Ie Eg 超只二 III a 妝 Ie Ccj Syst«n -無標JSi5BO DO5B0. DOEH < J 30.32圖四445nm510nm。光譜圖如下:四次定標的藍光的中心波長是487.29nm,波長范圍是°” Crrl System -無標黑橙索退出工作再話器譜昨名稱卩嚥恆方式暴光時問L再誦器7無j血"建檢方式J平均出

11、數(shù)L手動肓退手動前進務(wù)動閆距|5. W M工|是大直點：4析£9臚數(shù)值：2QQI 0空件辺 倍直 運廳數(shù)據(jù)址理親琳幫曲H 孚 a ®3 豈訓(xùn)淫打幵保在 打EIJ 預(yù)寬 實時三績照相課J里加軟數(shù)18EiHO匚、z；S-t-iHD博衙聽-廠ZI 口5<L 00560.00580.0020:35z Ced無標題存佶器R-IB.-2E-3K-5Br6B.-7a-eK-9圖五gaop420.OQ440.00460.00500.00Jt §巴!分析發(fā)現(xiàn)：線性定標的藍光最大波長是459.02nm。二次定標的藍光最大波長是461.99nm。四次定標的藍光最大波長是 487.

12、29nm。線性定標和二次定標結(jié)果相近且誤差不大。四次定標的結(jié) 果偏離理論值。由dsinB =k入可知。當角度較小時，角度間隔最小，當角度增加時，角度間隔增加。所以光譜排列并非按角度 0線性分布。當角度0較小時，sinBB,可以簡化為線性，即可 采用線性定標，更進一步可以從級數(shù)展開的角度采用2次，3次或4次定標。但是由于CCD器件本身尺寸的限制，采用3次和3次以上擬合的結(jié)果已失去意義，采用二次定標已經(jīng)足夠了。2、黃光定標如下：得到黃光中心波長是 589.49nm，黃光波長范圍是：570nm600nm。圖六iX暑1打印轍打開茲數(shù)設(shè)首CSstiw) |基光旳冋工徉存向固譜躅：S稱平均軟數(shù)里抑軟數(shù)號犬

13、怎雖小值O520 00&00.00田#1題血M%|r=I也I役曲兀I瞬|樹圃|規(guī)工具H 畢 奇杲潔除尅光竽霧遇電試驗-E Ced Syslen - 無毎題存WS-1無手動石退手動II迸|所有存?zhèn)挝?|Jl-a-R-R-卜K-K-H-R-ZE7T存儲曙55色密據(jù)顯示0因図図因兇岡岡因 Hla因?qū)蛞蛞驅(qū)?圖七3、紅光:得到紅光中心波長是 634.63nm，紅光波長范圍是：610nm65Onm。圖八4、白熾燈:圖九白熾燈靠高溫發(fā)光發(fā)熱，所以是連續(xù)光譜。連續(xù)光譜發(fā)生的條件是：熾熱的固體， 液體 和高壓氣體的光譜，是由連續(xù)分布的一切波長的光組成的。六、實驗結(jié)果：藍光：中心波長為：459.02nm,范圍是：440nm49Onm。黃光：中心波長為：589.49nm,范圍是：570nm600nm。紅光：中心波長為：634.63nm,范圍是：610nm650nm。七、實驗體會：1、關(guān)于定標采用的次數(shù)：光柵方程為：d （si n 二 一 si n ）= j， j = °,_1,一 2,_3不是一個線性方程，所以線性定標不一定是最適合的，所以實驗中我嘗試了線性，二次，四次定標。由dsinB =k入可知。當叫角度較小是，角度間隔最小，當角度增加時，角度間隔增加。所以光譜排列并非按角度0線性分布