光学多通道分析器实验报告.doc

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WGD6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。光学系统采用CT型，如图2-1所示入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围o2mm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3025mm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350600nm，红片600900nm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。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。4、光栅方程d是光栅常数，是入射光波长，j是衍射级次，是入射角；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。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）690716 623437 612327 607264 579065 576959 546074 491604 435835 434750 433924 407781 404656 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。（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：440nm490nm。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440nm490nm。光谱图如下：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445nm510nm。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。由dsin=k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线性分布。当角度较小时，sin，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。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：570nm600nm。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：610nm650nm。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。六、实验结果：蓝光：中心波长为：459.02nm，范围是：440nm490nm。黄光：中心波长为：589.49nm，范围是：570nm600nm。红光：中心波长为：634.63nm，范围是：610nm650nm。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。由dsin=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线性分布。当角度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