利用光栅光谱仪对镜片防紫外线能力的研究

1、毕业设计（论文）利用光栅光谱仪对镜片防紫外线能力的研究院 别控制工程学院专业名称自动化班级学号学生姓名授课教师利用光栅光谱仪对镜片防紫外线能力的研究摘 要： 为准确地鉴定市面上所售的各种防紫外线镜片作用，本文利用多功能光栅光谱仪对普通镜片、墨镜镜片和防紫外线镜片的吸光度和透过率进行比较分析，最终得出三种镜片对紫外线的吸收过滤能力。结果表明，树脂墨镜镜片和防紫外线镜片对紫外光中的UVA和UVB具有较大的吸收过滤能力，而普通墨镜的这种能力则很弱。关键词： 光栅光谱仪；镜片；防紫外线；吸光度；透过率Research Of Lenses UV Protection By Grating Spectro

2、meterAbstract：In order to accurately identify the effect of a variety of anti-UV lens sold on the market , we use multi-function grating spectrometer to make a comparative analysis with ordinary lenses，resin sunglasses lenses and the lens of UV protection absorbance and transmittance .And finally we

3、 get the filtering the ultraviolet absorption capability of these three kinds of lenses. The results showed that the resin lenses and sunglasses lenses have a large absorbing and filter capacity on UV protection especially for UVA and UVB , while this ability is weak on ordinary sunglasses.Key words

4、：grating spectrometer; lens; UV protection; absorbance; transmittance光栅光谱仪的应用领域非常广泛，在颜色，紫外/可见吸收光谱及发射光谱测量方面有着极其重要的作用。其中对紫外/可见吸收光谱测量原理中，镜片对紫外线的吸收率测量可以用不同的实验布局和波长范围来实现，将样品固定器进行样品的吸收率测量。对于测量紫外/可见波长范围的光谱仪，可以选择波长范围200-1100nm、分辨率1.4nm(FWHM)。此外还需要氘-卤素灯作为光源。不同的应用可以选择不同的光纤探头1。太阳光里散发出来的光线有:可视光线、红外线、紫外线等三种。当中以紫

5、外线对人体的皮肤、眼睛.等，造成严重伤害；太阳光所释放出来的光线里IR( Infra-red )红外线( 750mm)以上，可视光线(Visible light lay)(310780nm)；紫外线又分为UVA、UVB、UVC( 310nm)以上，青光( Blue light )其中UVA、UVB、UVC是有害光线，如果长时间曝晒会造成身体的损坏，UVB是对视力有严重影响，( Tanning Ray )是烧黑皮肤的光线，大部份眼角会吸收此种UVB光线所以一定要阻绝掉此种光源。偏光太阳眼镜因为具有将光偏极化的功能，所以能将所有有害光线都阻隔掉却不影响可视光的透过，能够真正达到保护眼睛的功用2。

6、本实验将采用Wgd-3型多动能光栅光谱仪对普通镜片、树脂墨镜镜片和防紫外线镜片这三种镜片对光谱的透过率额吸光度进行分析讨论，可利用此方法有效地鉴别市面上所售的镜片防紫外线能力的鉴别。1 实验仪器与原理1.1光栅光谱仪原理光栅光谱仪，光谱分析方法作为一种重要的分析手段，在科研、生产、质控等方面，都发挥着极大的作用。无论是穿透吸收光谱，还是荧光光谱，拉曼光谱，如何获得单波长辐射是不可缺少的手段。由于现代单色仪可具有很宽的光谱范围（UV- IR），高光谱分辨率（到0.001nm）,自动波长扫描，完整的电脑控制功能极易与其他周边设备融合为高性能自动测试系统，使用电脑自动扫描多光栅单色仪已成为光谱研究的

7、首选。光栅光谱仪是光谱测量中最常用的仪器，基本结构如图1所示。它由入射狭缝S1、准直球面反射镜M1、光栅G、聚焦球面反射镜M2，物镜M3以及输出狭缝S2构成。图1 光栅光谱仪结构原理图 Fig.1 Grating Spectrometer structure diagramM1反射镜、M2准光镜、M3物镜、G平面衍射光栅、S1入射狭缝、S2光电倍增管接收、S3 CCD接收衍射光栅是光栅光谱仪的核心色散器件。它是在一块平整的玻璃或金属材料表面（可以是平面或凹面）刻画出一系列平行、等距的刻线，然后在整个表面镀上高反射的金属膜或介质膜，就构成一块反射试验射光栅。相邻刻线的间距d称为光栅常数，通常刻线

8、密度为每毫米数百至数十万条，刻线方向与光谱仪狭缝平行。入射光经光栅衍射后，相邻刻线产生的光程差，为入射角，为衍射角，则可导出光栅方程： 光栅方程将某波长的衍射角和入射角通过光栅常数d联系起来，为入射光波长，为衍射级次，取···等整数3。式中的“”号选取规则为：入射角和衍射角在光栅法线的同侧时取正号，在法线两侧时取负号。如果入射光为正入射，光栅方程变为。衍射角度随波长的变化关系，称为光栅的角色散特性，当入射角给定时，可以由光栅方程导出 复色入射光进入狭缝S1后，经M2变成复色平行光照射到光栅G上，经光栅色散后，形成不同波长的平行光束并以不同的衍射角度出射，M2将照射

9、到它上面的某一波长的光聚焦在出射狭缝S2上，再由S2后面的电光探测器记录该波长的光强度。光栅G安装在一个转台上，当光栅旋转时，就将不同波长的光信号依次聚焦到出射狭缝上，光电探测器记录不同光栅旋转角度（不同的角度代表不同的波长）时的输出光信号强度，即记录了光谱。这种光谱仪通过输出狭缝选择特定的波长进行记录，称为光栅单色仪4。1.2发射光谱和吸收光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱（cmission spcctrum）。处于高级的原子或分子在向较低能级跃迁时产生辐射，将多余的能量发射出去形成的光谱，要使原子或分子处于较高能级就要供给他能量这就叫激发，被激发的处于较高级的原子、分子向低能级跃迁放出

10、频率为n的光子在原子 的研究中采用发射光谱。吸光度（absorbance）是指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的以10为底的对数，影响它的因素有温度，物质等。入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围02.5mm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成象在S2上或S3上。其中M2、M3焦距302.5mm，光栅G每毫米刻线1200条，闪耀波长550nm。二块滤光片工作区间。白片为320500nm，黄片为500800nm。2 实验过程打开

11、仪器和软件首先测空气的基线，然后分别测普通玻璃，墨镜，防紫外线的眼镜的吸光度和透过率。保存结果并分析光谱图5。3 图像与分析3.1 吸光度分析图2 吸光度 Fig.2 absorbance 如上图所示，为三种样品的吸收光谱，由图可以看到，树脂墨镜片和防紫外线镜片对于紫外线部分的光有较大的吸收率，在紫光波长段急剧下降后，树脂墨镜的吸收光谱曲线在红光部分再次下降，防紫外线镜片的吸收光谱则基本保持在0.056a左右。防紫外线镜片对于291.4-380.3nm波段的光具有较强吸收度，此部分为紫外线波段。树脂墨镜在280.1-401.9nm波段的光具有较强吸收度，此部分也为紫外线波段。而普通镜片相对于前

12、两者而言吸光度较小，只在279.9-297.8nm间吸光度较大。可见，树脂墨镜和防紫外线镜片对紫外线较强的抵御作用，而普通镜片则不具备此功能。3.2透过率分析 由于吸光度和透过率和为1，分析方法同上。图3 透过率 Fig.2 transmittance3 结 论由于树脂墨镜镜片和防紫外线镜片在生产中比普通镜片掺杂了少量的金属离子，而使其具备了一定的防紫外线能力尤其是对紫外光中的UVA和UVB具有较大的吸收过滤能力，而普通墨镜的这种能力则很弱.参考文献1 唐玉国, 宋楠, 巴音, 等. 中阶梯光栅光谱仪的光学设计J. 光学 精密工程, 2010, 18(9): 1989.(Tang Yu-Guo

13、, Song Nan, Ba Yin, et Echelle pectrometer optical design J Optics and Precision Engineering, 2010, 18 (9): 1989.)2 马艳. 浅谈紫外线对眼睛的伤害及防护J. 中外医疗, 2011, 30(2): 186-186.(Ma Yan .On the UV damage to the eyes and protective J Foreign Medical, 2011, 30 (2): 186-186.)3 郭献章, 李琛, 杨蕾, 等. 利用 WGD-3 型组合式多功能光栅光谱仪研究

14、温度和高浓度溶液对吸光度的影响规律J. 物理 实验, 2013, 33(9).(Guo Xian-zhang, Li Chen, Yang Lei, et al. Influence of the use of WGD-3-type grating spectrometer modular multi-functional research and high-temperature solution concentration on the absorbance J. Physics experiments, 2013, 33 (9).)4 娄毅, 陈士伟, 牛法富, 等. 利用光栅光谱仪研究乙醇汽油溶液的吸收特性J. 物理实验, 2010, 30(1): 43-45.(Lou Yi, Chen Shi-wei, Niu Fa-fu, etc. Absorption of ethanol gasoline solution J use physical experiments grating spectromete