Máy Quang Phổ Nhiễu Xạ. Tự Làm Lưới Tản Nhiệt Từ đĩa DVD

Máy quang phổ nhiễu xạ. Tự làm lưới tản nhiệt từ đĩa DVD

Nhớ xem video trên các kênh (có danh sách phát theo chủ đề):

https://www.youtube.com/channel/UCn5qLf1n8NS-kd7MAatofHw

https://www.youtube.com/channel/UCoE9-mQgO6uRPBQ9lsPZXxA

Hãy giúp đạt được 1000 người đăng ký trên kênh đầu tiên và ít nhất 4000 giờ xem cho Năm ngoái trên mỗi người trong số họ, đối với điều này, hãy xem ít nhất một video đầy đủ!

Bức ảnh tuyệt đẹp này là bức ảnh chụp ánh sáng và quang phổ hồng ngoại được phát ra bởi đèn natri áp suất caoНЛВД gõ ДНаТ(Arc Sodium Tubular). Để xem và chụp ảnh các quang phổ khác nhau, chỉ cần có máy ảnh kỹ thuật số và một đĩa CD-R hoặc DVD-R được chuẩn bị đặc biệt. Loại thứ hai đánh giá thấp độ sáng, đặc biệt là màu đỏ. CD-R làm giảm độ sáng của màu xanh lam và tạo ra độ phân giải thấp hơn. Bức ảnh đầu tiên được chụp qua DVD-R.

Hai vạch màu vàng là đường kép của natri có bước sóng là 588,995 và 589,5924 nm. Doublet thứ hai là tia hồng ngoại 818,3 và 819,4 nm.

Đồ thị phổ.

Bây giờ là một vài từ về việc chuẩn bị đĩa. Bạn cần cắt một phần khỏi đĩa cho phép bạn che hoàn toàn ống kính.

Ảnh DVD-R màu tía... Chúng tôi cần cách tử nhiễu xạ trong suốt, do đó, trên CD-R, chúng tôi dán một băng dính rộng từ mặt bên của các dòng chữ. Chúng tôi xé nó ra và cùng với băng dính scotch, nắp của đĩa được tháo ra. Với DVD-R, điều đó thậm chí còn dễ dàng hơn, mảnh cắt có thể dễ dàng được chia thành hai phần, một trong số đó chúng ta cần.

Bây giờ, sử dụng băng dính hai mặt, bạn cần phải dán cách tử nhiễu xạ vào thấu kính, như trong ảnh dưới đây. Bạn cần dán ở mặt đối diện với mặt mà lớp bị xé ra, bởi vì bề mặt dưới lớp rất dễ bị ô nhiễm bởi thấu kính, và sau khi làm sạch chất lượng hình ảnh của quang phổ sẽ kém hơn.

Kết quả là kính quang phổ đơn giản nhất, phù hợp nhất để nghiên cứu các nguồn sáng từ một khoảng cách nhất định.

Nếu chúng ta muốn khảo sát không chỉ quang phổ nhìn thấy, mà còn cả tia hồng ngoại, và trong một số trường hợp là tia cực tím, thì cần phải tháo bộ lọc chặn tia hồng ngoại ra khỏi máy ảnh. Cần lưu ý rằng một phần của quang phổ IR và UV có thể nhìn thấy bằng mắtở cường độ bức xạ đủ cao (điểm laser 780 và 808 nm, tinh thể LED 940 nm trong bóng tối). Nếu cần cung cấp cảm giác thị giác giống nhau cho các bước sóng 760 nm và 555 nm, thì thông lượng bức xạ cho 760 nm phải mạnh hơn 20.000 lần. Và đối với 365 nm, nó mạnh hơn một triệu lần.

Hãy quay lại bộ lọc có tên là Hot Mirror, nằm phía trước ma trận. Bạn cần mở thân máy, tháo các vít gắn ma trận vào ống kính, rút ​​kính lọc ra, lắp ráp máy ảnh theo thứ tự ngược lại. Hot Mirror trông như thế này:

2 bộ lọc bên trái từ máy ảnh. Chúng có ánh hồng, và màu xanh ngọc xuất hiện từ một góc độ khác. Ngoài IR, chúng cũng có thể ngăn chặn một phần hoặc hoàn toàn tia cực tím. Do đó, việc loại bỏ chúng mở ra cơ hội không chỉ cho chụp ảnh hồng ngoại mà còn tia cực tím, nếu quang học và ma trận của máy ảnh cho phép. Đối với chụp ảnh UV, bộ lọc tia UV được sử dụng để chặn ánh sáng nhìn thấy.

Bây giờ chúng ta chuyển sang quá trình chụp ảnh quang phổ. Căn phòng nên tối, ngoài ra, bạn có thể sử dụng màn hình đen gần camera, nguồn sáng điểm hoặc khe có thể chiếu sáng tối thiểu căn phòng. Bật máy ảnh lên, chúng ta sẽ thấy hình ảnh này bằng cách sử dụng ví dụ về tia laser 405 nm, chiếu qua một khe hẹp giữa hai lưỡi:

Điểm trung tâm là chính tia laser. Hai vạch là quang phổ của nó. Bạn có thể sử dụng bất kỳ cái nào trong số chúng. Để làm điều này, bạn cần xoay máy ảnh và phóng to. Nếu chúng ta tiếp tục di chuyển máy ảnh, thì chúng ta sẽ thấy một số dòng khác của dòng thứ hai, thứ ba, v.v. thứ tự của phổ. Trong một số trường hợp, chúng sẽ gây nhiễu, ví dụ, vạch màu xanh lục bậc hai sẽ được chồng lên vạch hồng ngoại 1064 nm. Điều này xảy ra trong quang phổ của tia laser màu xanh lá cây, trừ khi một bộ lọc cắt IR được lắp đặt. Nó ở phía dưới bên phải trong ảnh bộ lọc. Để loại bỏ phần chồng chéo, tôi đã sử dụng bộ lọc màu đỏ. Ảnh của ví dụ này với các bước sóng có dấu:

Như bạn có thể thấy, vạch màu xanh lục của bậc thứ hai đã bao phủ hoàn toàn vạch 1064 nm. Và bức ảnh tiếp theo có khóa đèn xanh, nơi chỉ còn lại hai vạch IR ở 808 nm và 1064 nm. Tôi đã không ký kể từ đó. vị trí giống hệt với bức ảnh trước đó.

Từ hình ảnh, nơi có nguồn bức xạ, một bước sóng đã biết và một số ẩn số, chúng có thể được xác định dễ dàng. Ví dụ: mở một bức ảnh có chú thích trong Photoshop. Thông qua Công cụ thước kẻ chúng tôi đo khoảng cách từ tia laser đến vạch 532. Nó bằng 1876 pixel. Chúng ta đo khoảng cách từ laze đến vạch, bước sóng mà chúng ta muốn biết, lên đến 808. Khoảng cách 2815 p Coi 532 * 2815/1876 = 798 nm. Sự không chính xác xảy ra do thấu kính bị biến dạng. Ở mức xấp xỉ quang học tối đa, sai số giảm dần. Người ta cũng quan sát thấy rằng laser 808 nm phát ra bước sóng ngắn hơn, khoảng 802 nm, và bước sóng của nó giảm khi dòng cung cấp giảm.

Và không có nguồn bức xạ, ảnh có thể được xác định bằng cách biết hai bước sóng còn lại. Ta đo độ dài từ vạch 532 đến 1064, có 1901 p, từ 532 đến 808 ta được 939 p Ta coi (1064-532) / 1901 * 939 + 532 = 795 nm.

​

Nhưng cách dễ nhất là so sánh một bức ảnh với hai dòng nổi tiếng với tỉ lệ... Trong trường hợp này, không có gì không cần đếm.

Hơn nữa đèn sợi đốt quang phổ, rất giống với quang phổ của Mặt trời, nhưng không chứa Dòng Fraunhofer... Điều thú vị là máy ảnh hiển thị bức xạ hồng ngoại lên đến 800 nm có màu cam và hơn 800 nm có màu tím.

Quang phổ LED trắng cũng liên tục, nhưng có sự sụt giảm ở phía trước vùng màu xanh lá cây và đỉnh ở vùng màu xanh lam có bước sóng 450-460nm, nguyên nhân là do sử dụng đèn LED màu xanh lam tương ứng được phủ một lớp phốt pho màu vàng. Nhiệt độ màu của đèn LED càng cao thì đỉnh màu xanh lam càng cao. Nó thiếu tia cực tím và tia hồng ngoại, những tia này có trong quang phổ của đèn sợi đốt.

Và đây quang phổ đèn catốt lạnh từ đèn nền của màn hình. Nó tuyến tính và lặp lại chính xác đèn huỳnh quang quang phổ... IR một phần của quang phổ được lấy từ CFL để thu được chất lượng tốt nhất Hình ảnh.

Bây giờ chúng ta hãy chuyển sang đèn tia cực tím đen, hoặc, như nó còn được gọi là, đèn của Gỗ. Nó phát ra ánh sáng cực tím mềm, bước sóng dài. Bức ảnh thành ra như thế này:

Phổ hồng ngoạiđối với đèn huỳnh quang, CCFL, Wood cũng gần như vậy. Chỉ cái sau thiếu một số dòng gần nhất với phạm vi có thể nhìn thấy. Tia hồng ngoại được phát ra với cường độ mạnh nhất từ ​​các bộ phận của đèn, nơi đặt các dây tóc. Ảnh được chụp qua kính quang phổ bằng giấy, có thêm thông tin bên dưới.

Máy quang phổ giấy.

Một kính quang phổ như vậy rất thích hợp để xem quang phổ bằng mắt. Nó cũng có thể được sử dụng với các máy ảnh khác nhau, chẳng hạn như điện thoại. Có hai giống.

1. Hoạt động trong sự truyền qua cách tử nhiễu xạ. Đối với nó, bạn cần chuẩn bị đĩa, như đã mô tả ở trên. Tập tin chứa một bản vẽ cần được in trên máy in, cắt, gấp và dán. Bạn có thể xem các hình ảnh lắp ráp.

2. Hoạt động dựa trên sự phản xạ từ cách tử nhiễu xạ. Có thể không phân chia các đĩa, nhưng sau đó các bản sao mờ nhạt sẽ xuất hiện bên cạnh các vạch sáng từ tia laze, do phản xạ lại bên trong đĩa, không nên nằm trong quang phổ. Rất khó để chuyển lớp CD sáng bóng sang một bề mặt khác để giữ cho nó nhẵn bóng như cũ. Do đó, bạn cần sử dụng đĩa CD có bề mặt óng ánh ở cả hai mặt như nhau. Từ phía có chữ khắc trên đĩa thông thường, bạn cần dùng băng dính xé lớp trong suốt. Điều quan trọng là lớp bóng vẫn còn trên đĩa. Tôi đã cố gắng làm điều này với một nửa đĩa (từ cạnh đến trung tâm), điều này là đủ cho một kính quang phổ. Nếu bạn không xé bỏ lớp trong suốt, quang phổ đồng nhất sẽ xuất hiện không liên tục với các sọc tối xen kẽ.

Tệp để in... Hội trợ giúp.

Dán vào kính quang phổ vòng bổ sung, mà nó được giữ trên ống kính máy ảnh. Giữa nguồn sáng và máy quang phổ, nên đặt màng mờ hoặc lăng kính với hai cạnh mờ như hình để phân bổ ánh sáng tốt hơn. Phần bên trong máy quang phổ làm bằng giấy đen không lấp lánh, lớp giấy bạc thứ hai và trên cùng giấy thường, trên đó bản vẽ được in. Mặt có ánh sáng chiếu vào có thể sơn màu đen để bức xạ tia cực tím và tia cực tím không làm cho giấy phát sáng màu trắng làm biến dạng hình ảnh.

Với sự trợ giúp của kính quang phổ này, có thể chụp ảnh rõ ràng và sống động đèn báo quang phổ neon... Chúng được sử dụng để chiếu sáng công tắc, trong các chỉ báo về hoạt động của ấm đun nước, bếp nấu và các thiết bị khác.

Không chỉ laser tạo ra một vạch quang phổ mỏng. Nếu nhúng dây vào dung dịch muối NaCl, rồi đưa vào ngọn lửa của một đầu đốt tăng áp khí hoặc bật lửa, thì phát sáng màu vàng với bước sóng 588,995 và 589,5924 nm.

Một số bật lửa tuabin có một tấm chứa lithium. Nó tô màu cho ngọn lửa trong màu đỏ với vạch 670,78 nm.

Dưới đây là ảnh chụp các vạch quang phổ này cùng với các vạch laze: xanh lục 532 nm, đỏ 663 nm, hồng ngoại 780 nm và 808 nm.

Nó là thuận tiện để sử dụng đèn vàng trên cho xác định chu kỳ của cách tử nhiễu xạ trong trường hợp không có tia laser, và tính bước sóng của nguồn sáng... Thiết bị đơn giản nhất trong hình bên dưới bao gồm hai thước đo, trên một thước có cố định cách tử nhiễu xạ và một khe hẹp của hai lưỡi nhô lên trên thanh kia. Khoảng cách tính bằng milimét từ cách tử nhiễu xạ đến màn hình (thước) có khe và từ khe (lớn nhất của bậc 0) đến cực đại của bậc đầu tiên được sử dụng. Trong hình đầu tiên, bạn cần quan sát cách tử nhiễu xạ tại nguồn sáng có bước sóng đã biết. Do đó, bạn có thể tính chu kỳ của cách tử nhiễu xạ bằng công thức dưới hình ảnh này, và sau đó, theo cách tương tự, bạn có thể xác định bước sóng, nhưng sử dụng công thức từ dưới hình thứ hai. Nó cho thấy việc xác định bước sóng laser theo một cách hơi khác: tia laser chiếu qua cách tử nhiễu xạ lên một cái thước. Trong trường hợp này, khoảng trống là không cần thiết. Tôi đã sử dụng cách tử nhiễu xạ từ tệp đính kèm " Bầu trời đầy sao", đi kèm với con trỏ laser. Có hai cách tử, nhưng phần đính kèm đã bị tháo rời và một cách tử được kéo ra. Cách tử nhiễu xạ từ đĩa CD hoàn toàn không phù hợp, vì nó cho sai số rất lớn là 100 nm.

Bức ảnh tiếp theo của một nguồn sáng hiếm là tia chớp. Quang phổ đi vào dải UV lên đến khoảng 373 nm, đây là giới hạn cho máy ảnh này.

Quang phổ của một ngọn đèn phóng điện trắng chiếu sáng một sân bóng.

Chụp ảnh quang phổ LED UV 365nm 3W KW-UV-3WS-B KonWin.

Một đèn LED có bước sóng 365 nanomet có tinh thể sau:

Nó phát ra tia cực tím cùng với ánh sáng trắng. Nếu bạn chiếu ánh sáng đen lên đèn LED đang tắt, thì tinh thể bắt đầu phát huỳnh quang với ánh sáng trắng mặt trăng giống như khi chính đèn LED hoạt động, nhưng với độ sáng thấp hơn. Có vẻ như do hiệu ứng này, không thể chế tạo một đèn LED có phát xạ tinh khiết từ 365 nm - 370 nm.

Trong các bài viết trước, tôi đã mô tả cách tôi thử nghiệm các đèn LED thực vật khác nhau. Để phân tích quang phổ, tôi và lấy từ một người bạn của giáo viên vật lý của tôi.

Nhưng nhu cầu về một thiết bị như vậy xuất hiện theo chu kỳ và máy quang phổ, hay thậm chí tốt hơn, máy quang phổ muốn có trong tay.

Sự lựa chọn của tôi là một kính quang phổ đồ trang sức với một cách tử nhiễu xạ

Từng là một thứ dành cho các thợ kim hoàn, bộ này bao gồm một hộp đựng "da"

Kích thước của kính quang phổ nhỏ

Điều gì khác rõ ràng từ mô tả cửa hàng Tất cả mọi thứ được lắp ráp chặt chẽ, vì vậy sẽ không có sự rời rạc. Chúng ta cũng hãy tin rằng có một vật kính ở một mặt của ống, và mặt kia là cách tử nhiễu xạ và kính bảo vệ.

Và bên trong là một chiếc cầu vồng tuyệt đẹp. Sau khi ngưỡng mộ nó với nội dung trái tim của mình, anh ta bắt đầu tìm kiếm những gì để xem xét trên quang phổ. Thật không may, không thể sử dụng kính quang phổ cho mục đích đã định, vì toàn bộ bộ sưu tập kim cương của tôi và đá quý giới hạn ở nhẫn cưới, hoàn toàn mờ đục và không cho bất kỳ quang phổ nào. Chà, ngoại trừ cái đó trong ngọn lửa đốt))). Nhưng thành thật mà nói, đèn huỳnh quang thủy ngân cho ra rất nhiều sọc đẹp. Đã đủ ngưỡng mộ có nhiều nguồn Light đã bối rối trước câu hỏi rằng bạn cần sửa bức tranh và đo quang phổ.

Tự làm một chút

Hình ảnh một tập tin đính kèm máy ảnh quay cuồng trong đầu tôi rất lâu, và dưới gầm bàn có một cái chưa trải qua quá trình hiện đại hóa lần cuối, nhưng đã đối phó khá thành công bằng nhựa PVC.

Thiết kế không đẹp lắm. Cũng giống như vậy, tôi đã không hoàn toàn đánh bại được những phản ứng dữ dội trong X và Y. Không có vít bóng nào đã được lắp ráp và đang đợi các thanh ray tuyến tính hỗ trợ đến.

Nhưng các chức năng hóa ra là khá chấp nhận được để hiển thị cầu vồng trên một chiếc Canon cũ, máy đã nằm im trong một thời gian dài.

Đúng, ở đây tôi đã thất vọng. Cầu vồng tuyệt đẹp đang trở nên rời rạc.

Tất cả lỗi là ma trận RGB của bất kỳ máy ảnh và máy ảnh nào. Sau khi chơi xung quanh với các cài đặt cân bằng trắng và các chế độ chụp, tôi từ chức với bức ảnh. Suy cho cùng, sự khúc xạ của ánh sáng không phụ thuộc vào việc cố định bức ảnh bằng màu gì. Một máy ảnh đen trắng có độ nhạy đồng đều nhất trên toàn bộ chiều rộng của dải đo được sẽ thích hợp cho phân tích quang phổ.

Kỹ thuật phân tích quang phổ.

Qua quá trình thử và sai, một kỹ thuật như vậy đã được rút ra 1. Một bức tranh về thang đo của dải ánh sáng nhìn thấy (400-720nm) được vẽ, các vạch chính của thủy ngân để hiệu chuẩn được chỉ ra trên đó.

2. Một số quang phổ được thực hiện, luôn luôn có một phổ thủy ngân đối chứng. Trong một loạt các khảo sát, cần phải cố định vị trí của kính quang phổ trên thấu kính để loại trừ sự thay đổi quang phổ khỏi chuỗi ảnh theo chiều ngang.

3. Trong trình chỉnh sửa đồ họa, thang đo được điều chỉnh theo phổ thủy ngân và tất cả các phổ khác được chia tỷ lệ mà không có sự thay đổi theo chiều ngang trong trình chỉnh sửa. Nó chỉ ra một cái gì đó như thế này

4. Chà, sau đó mọi thứ được đưa vào chương trình phân tích Quang phổ kế Điện thoại Di động từ bài viết này

Chúng tôi kiểm tra kỹ thuật bằng tia laser xanh lục, bước sóng đã biết - 532nm

Sai số hóa ra là khoảng 1%, rất tốt với kỹ thuật thủ công là lắp các vạch thủy ngân và vẽ tỷ lệ thực tế bằng tay. Trên đường đi, tôi đã học được rằng laser xanh lục không phải là bức xạ trực tiếp, như màu đỏ hoặc xanh lam, mà sử dụng công nghệ bơm điốt ở trạng thái rắn (DPSS) với một loạt bức xạ thứ cấp. Sống và học hỏi!

Việc đo bước sóng của tia laser đỏ cũng xác nhận tính đúng đắn của phương pháp này.

Để quan tâm, tôi đã đo quang phổ của ngọn nến

và đốt khí tự nhiên

Bây giờ bạn có thể đo quang phổ của đèn LED, ví dụ: "quang phổ đầy đủ" cho cây trồng

Máy quang phổ đã sẵn sàng và đang chạy. Bây giờ tôi sẽ sử dụng nó để chuẩn bị bài đánh giá sau - so sánh các đặc điểm của đèn LED các nhà sản xuất khác nhau, Người Trung Quốc có đánh lừa chúng ta không và làm thế nào để lựa chọn đúng.

Trong ngắn hạn, tôi hài lòng với kết quả. Có lẽ việc kết nối kính quang phổ với webcam để đo quang phổ liên tục có lẽ rất hợp lý, như trong dự án này

Kiểm tra quang phổ kế bởi trợ lý của tôi

Chào mọi người! Bạn đang xem Fire TV! Hôm nay chúng ta sẽ làm máy đo quang phổ!

Có lẽ mọi người đã nghe nói rằng nguồn ánh sáng trong căn hộ và nơi làm việc có đầy đủ ánh sáng là rất quan trọng đối với sức khỏe.

Nhưng làm thế nào để bạn biết bóng đèn của bạn có quang phổ nào?

Một máy đo phổ là bắt buộc. Những cái đã mua rất đắt và việc tự chế có thể được thực hiện rất dễ dàng và không cần độ chính xác đặc biệt để chế tạo. Ngay cả khi bạn có hai chân thay vì hai tay và cả hai chân trái, bạn vẫn có thể lắp ráp thứ này và nó sẽ hoạt động!

Để bắt đầu, chúng ta sẽ làm phần thân từ giấy dày hoặc bìa cứng. Tôi đã thử nghiệm một số tùy chọn và đã chọn theo kinh nghiệm các kích thước cần thiết. Nếu đột nhiên bạn quyết định lắp ráp cùng một mảnh, thì tôi đã vẽ chương trình làm sẵn, có thể được tải xuống trên trang web của tôi, được in trên một tờ giấy thông thường, được cắt và dán.

Bề mặt bên trong không được phản chiếu ánh sáng, nếu không bức tranh sẽ bị lóa. Điểm đánh dấu sẽ thực hiện công việc một cách hoàn hảo. Tôi đã vẽ trên tất cả các khu vực của bìa cứng có thể lấy được ánh sáng.

Bây giờ bạn cần một cách tử nhiễu xạ. Chính cô ấy là người phá vỡ chùm ánh sáng thành một quang phổ.

Bạn có thể lấy nó từ bất kỳ đĩa CD, DVD hoặc Blu-ray nào

Đĩa quang học được cấu trúc theo cách mà chúng có những bất thường nhỏ gây ra nhiễu xạ ánh sáng.

Đĩa dán tem có các đường nhỏ không đều, và đĩa trắng có thể ghi lại ban đầu có các rãnh đều nhau.

Về nguyên tắc, sử dụng đĩa nào không quan trọng, nhưng mong muốn những rãnh hay bất thường này càng thường xuyên càng tốt thì đĩa DVD là lựa chọn tốt nhất.

Bây giờ chúng ta sẽ tiến hành thí nghiệm đơn giản nhất... Ánh sáng từ bóng đèn sẽ rơi trên đĩa và một phần sẽ bị phản xạ dưới dạng cầu vồng nhỏ, đây sẽ là quang phổ của nguồn sáng.

Để chụp toàn bộ quang phổ, bạn cần di chuyển máy ảnh rất gần.

Đây là quang phổ ánh sáng từ đèn led.

Và đây là quang phổ của đèn tiết kiệm năng lượng trông như thế nào, sự khác biệt là rất lớn.

Nhưng quang phổ của một bóng đèn sợi đốt thông thường, có thể thấy rằng trong quang phổ của nó có rất nhiều thành phần màu đỏ.

Và đây là quang phổ của ánh sáng khả kiến. đèn cực tím, có thể thấy rằng ngoài màu tím, nó còn chứa màu xanh lá cây.

Bây giờ chúng ta hãy so sánh ba ô trống khác nhau:

Ở đây chúng tôi thấy rằng đĩa CD có kết quả tồi tệ nhất, màu sắc quá trôi.

Có thể thấy sự phân chia ánh sáng thành quang phổ nếu bạn chiếu đèn pin vào giữa đĩa, hoặc đặt đĩa sau ngọn nến đang cháy, bạn sẽ có được một hiệu ứng rất đẹp.

Quay lại quang phổ kế của chúng tôi!

Cắt một miếng hình chữ nhật có kích thước phù hợp.

Sau khi đĩa đã được cắt ở tất cả các mặt, nó có thể được chia thành hai phần rất dễ dàng, một phần được tráng gương và một phần trong suốt.

Chúng tôi cần một phần minh bạch. Tôi dán nó vào bìa cứng.

Bây giờ tôi cẩn thận dán phần thân.

Hóa ra là tốt, nhưng như mọi khi, tôi nhỏ keo lên phần quan trọng nhất. Về nguyên tắc, công cụ đơn giản nhất để quan sát quang phổ của ánh sáng đã sẵn sàng.

Bạn chỉ cần hướng nó vào bất kỳ nguồn sáng nào và nhìn vào tấm nhựa.

Nếu bạn tựa hộp kết quả vào máy ảnh của điện thoại thông minh, bạn có thể chụp ảnh và sử dụng chúng để phân tích quang phổ, sau đây tôi sẽ hướng dẫn bạn cách thực hiện điều này.

Như bạn có thể thấy, thông qua một thiết bị như vậy, quang phổ được nhìn thấy rõ ràng hơn, điều này đặc biệt dễ nhận thấy khi nhìn vào đèn huỳnh quang. Tất cả các đỉnh được nhìn thấy rõ ràng hơn.

Chụp ảnh không tiện lắm, phân tích nguồn sáng theo thời gian thực sẽ tiện hơn nhiều!

Để thực hiện, bạn chỉ cần tựa trực tiếp webcam vào tấm nhựa.

Cũng có thể nghĩ đến một giá đỡ làm bằng bìa cứng, nhưng tôi quyết định tạo ra một phiên bản bền hơn của thiết bị từ nhựa giả. Loại nhựa pvc xốp này là một trong những vật liệu yêu thích của tôi, nó rất dễ cắt và dễ dàng dán bằng keo siêu dính. Bạn có thể làm bất cứ thứ gì từ nó, tôi thường sử dụng nó và họ hỏi tôi nó được gọi là gì và lấy nó ở đâu. Chỉ cần tìm kiếm "nhựa pvc xốp" hoặc "nhựa giả" và chắc chắn bạn sẽ tìm thấy thứ mình cần.

Trong máy quang phổ bằng nhựa, tôi đã tạo một cửa trập trượt để có thể kiểm soát lượng ánh sáng đi vào bên trong thiết bị.

Đối với máy ảnh, tôi đã tạo ra một thân máy nhỏ, trước đó đã điều chỉnh tiêu điểm của nó theo cách thủ công cho các đối tượng nằm cách ống kính của nó khoảng một mét.

Tôi gắn vỏ với máy ảnh vào phần chính của thiết bị để có một khe hở nhỏ mà bạn có thể đẩy một miếng đĩa vào, tôi có thể thay chúng nếu cần. Tôi dán một nắp có rãnh ở mặt sau để bạn có thể đẩy một miếng đĩa ra khỏi vỏ để thay thế.

Để thiết bị đứng vững và có thể điều chỉnh rõ ràng, tôi gắn chân vào nó và cố định chúng trên một miếng ván ép. Giờ đây, máy quang phổ có thể được hướng vào nguồn sáng và các phép đo có thể được thực hiện một cách an tâm.

Các công việc tiếp theo sẽ được thực hiện trên trang web này, bạn cũng sẽ tìm thấy liên kết đến nó trong phần mô tả. Nhấn nút "chụp quang phổ".

Chúng tôi di chuyển thiết bị để nó bắt sáng tốt hơn, điều chỉnh màn trập để điều chỉnh độ sáng và nhấp vào trung tâm của cầu vồng sao cho sọc vàng đi qua toàn bộ quang phổ nhiều nhất có thể. Các giá trị dưới dải này sẽ được đọc từ máy ảnh.

Nhấn nút màu xanh lam "bắt đầu"

Chúng tôi thấy biểu đồ xuất hiện như thế nào trong thời gian thực, nhưng các giá trị tính bằng nanomet không hoàn toàn chính xác, cần phải hiệu chỉnh.

Trên trang mở ra, nhấp vào nút "hiệu chỉnh".

Bây giờ bạn cần kéo màu xanh lam lên và màu xanh lá câyđể các giá trị đỉnh gần như khớp với phổ của bạn. Nhân tiện, bạn chỉ cần hiệu chỉnh bằng ánh sáng của đèn huỳnh quang tiết kiệm năng lượng, chúng có phổ không liên tục nhất và bạn có thể thấy các giá trị đỉnh.

Sau khi các màu xanh lam và xanh lục đã được chuyển đến vị trí của chúng, chúng ta lại nhấn nút "chụp quang phổ" và lấy quang phổ với các giá trị đã được hiệu chỉnh.

Nếu bạn di chuyển cửa trập, bạn có thể thấy độ sáng thay đổi như thế nào.

Tôi đặt một chiếc đèn sợi đốt và tôi thấy quang phổ của nó quá nhiều màu xanh lam, nhưng điều này không thể xảy ra, đối với đèn sợi đốt, màu đỏ chiếm ưu thế trong quang phổ.

Tôi nhớ rằng mảnh đĩa DVD không trong suốt mà hơi có màu tím. Điều này đủ để chuyển quang phổ về phía xanh lam một cách mạnh mẽ. Tôi phải cắt một chiếc đĩa khác và tìm một loại nhựa trong suốt để không bị biến dạng màu sắc. Sau khi thay thế và hiệu chỉnh, mọi thứ trở lại bình thường, bây giờ có rất nhiều màu đỏ và một ít màu xanh lam trong quang phổ của đèn sợi đốt. Quang phổ của đèn LED rất giống với quang phổ của đèn sợi đốt.

Và bây giờ là con trỏ laser! Rất khó để nó có được giá trị ổn định, nhưng bạn vẫn có thể thấy rằng đỉnh chính rơi vào khoảng 650 nanomet. Điều này tương ứng với các đặc tính đã khai báo trên nhãn. 650 cộng hoặc trừ 10 nanomet.

Và một lần nữa, chúng ta hãy cùng tìm hiểu về đèn UV.

Máy ảnh chỉ chụp được quang phổ ánh sáng nhìn thấy được và chỉ có thể nhìn thấy màu xanh lam, tím và một chút xanh lục.

Chúng tôi đã tìm ra cách quay video của quang phổ, nhưng phải làm gì với những bức ảnh được chụp trên điện thoại?

Tôi mở ảnh kết quả trong trình chỉnh sửa đồ họa, chọn phần đẹp nhất của quang phổ và kéo dài nó theo chiều cao. Điều quan trọng là phần màu xanh lam của quang phổ phải ở bên trái hoặc phía trên cùng, điều này là cần thiết cho việc phân tích.

Sau đó, tôi tải nó lên trang web và hiệu chỉnh nó như trước. Quang phổ của đèn huỳnh quang có thể dễ dàng hiệu chỉnh, nhưng với quang phổ của các loại đèn khác, bạn sẽ phải thử. Về nguyên tắc, nếu bạn cố định điện thoại và chụp ảnh trước tiên từ đèn huỳnh quang, sau đó là các nguồn sáng khác, mà không di chuyển điện thoại để không có gì bị mất, thì bạn cũng có thể nghiên cứu quang phổ của chúng khá chính xác.

Sử dụng trang web để phân tích phổ không thuận tiện lắm, nhưng tôi không tìm thấy các tùy chọn khác. Nếu bạn có ý tưởng về cách phân tích phổ theo một phương pháp thuận tiện hơn, hãy ghi chúng vào phần nhận xét. Đối với tôi đó là tất cả, hẹn gặp lại, tạm biệt!

Trong sơ đồ: 1 - nguồn bức xạ, 2,4 - quang chuẩn trực, 3 - màng chắn lối vào, 5 - gương cố định, 6 - gương di động, 7 - ổ gương, 8 - bộ tách tia, 9 - laser kênh tham chiếu, 10 - tham chiếu kênh tách sóng quang, 11 - quang học hội tụ, 12 - tách sóng tín hiệu.

Để ổn định tốc độ chuyển động của gương chuyển động và để đảm bảo "liên kết" của máy quang phổ với các giá trị tuyệt đối của bước sóng, một kênh tham chiếu được đưa vào máy quang phổ, bao gồm một tia laze và bộ tách sóng quang của nó ( 9 và 12 trong sơ đồ). Trong trường hợp này, tia laser hoạt động như một tiêu chuẩn cho bước sóng. Máy quang phổ chất lượng cao sử dụng tia laser khí đơn tần cho mục đích này. Nhờ đó, độ chính xác của phép đo bước sóng rất cao.

Máy quang phổ biến đổi Fourier có những ưu điểm khác so với máy quang phổ cổ điển. Tính năng quan trọng Máy quang phổ Fourier - khi sử dụng dù chỉ một bộ tách sóng quang, tất cả các phần tử quang phổ đều được ghi lại đồng thời, điều này mang lại mức tăng năng lượng so với quá trình quét cơ học theo phần tử (mức tăng của Falgett).

Máy đo quang phổ Fourier không yêu cầu sử dụng các khe quang học, khe này giữ lại hầu hết quang thông, điều này mang lại độ lợi lớn về độ sáng (độ lợi Jacquinot).

Trong máy quang phổ Fourier, không có vấn đề chồng chéo phổ, như trong máy quang phổ có cách tử nhiễu xạ, do đó dải phổ của bức xạ khảo sát có thể rất rộng và được xác định bởi các thông số của bộ tách sóng và tấm tách chùm.

Độ phân giải của máy quang phổ biến đổi Fourier có thể cao hơn nhiều so với máy quang phổ truyền thống. Nó được xác định bởi sự khác biệt trong hành trình của gương chuyển động Δ. Khoảng sóng phân giải được xác định bằng biểu thức: δλ = λ ^ 2 / Δ

Tuy nhiên, cũng có một nhược điểm quan trọng - độ phức tạp cơ học và quang học lớn của quang phổ kế. Để xảy ra hiện tượng giao thoa, cả hai gương giao thoa kế phải được đặt rất chính xác vuông góc với nhau. Trong trường hợp này, một trong các gương phải thực hiện dao động dọc, nhưng độ vuông góc phải được duy trì với cùng độ chính xác. Trong các máy quang phổ chất lượng cao, trong một số trường hợp, để bù cho độ nghiêng của gương chuyển động trong quá trình chuyển động, một gương cố định được nghiêng bằng cách sử dụng bộ truyền động áp điện. Để có được thông tin về độ nghiêng hiện tại, các thông số của chùm tham chiếu từ tia laser được đo.

Thực hành

Tôi hoàn toàn không chắc rằng có thể chế tạo máy quang phổ Fourier ở nhà mà không cần tiếp cận với các máy móc cần thiết (như tôi đã đề cập, cơ học là phần khó nhất của máy quang phổ). Do đó, máy quang phổ được chế tạo theo từng giai đoạn.

Một trong những bộ phận quan trọng nhất của máy quang phổ là cụm gương cố định. Chính anh ta là người sẽ cần được điều chỉnh (di chuyển trơn tru) trong quá trình lắp ráp. Cần cung cấp khả năng nghiêng gương dọc theo hai trục và di chuyển chính xác theo hướng dọc (tại sao - thấp hơn), trong khi gương không được nghiêng.

Cụm gương cố định dựa trên cơ sở một trục với một vít vi lượng. Tôi đã có những nút này, chỉ cần kết nối chúng lại với nhau. Để kết nối không có phản ứng dữ dội, tôi đã sử dụng một kẹp đơn giản của sân khấu vào vít micromet có lò xo nằm bên trong đế của sân khấu.

Tôi đã thực hiện nó bằng cách sử dụng ba vít điều chỉnh được tháo ra từ một máy kinh vĩ bị hỏng. Một tấm kim loại có gương dán được ép bằng lò xo vào các đầu của các vít này và bản thân các vít này được cố định trong góc kim loại vặn vào bàn.

Thiết kế rõ ràng từ các bức ảnh:

Các vít điều chỉnh gương và vít panme có thể nhìn thấy được.

Chính gương có thể nhìn thấy từ phía trước. Nó được lấy từ một máy quét. Đặc điểm quan trọng của gương là lớp tráng gương phải ở phía trước gương, và để các đường giao thoa không bị cong vênh thì bề mặt của gương phải có chất lượng khá cao.

Nhìn từ trên cao:

Bạn có thể thấy các lò xo ép bàn theo trục vít vi lượng và sự gắn chặt tấm với gương vào góc.

Như bạn có thể thấy từ các bức ảnh, cụm gương cố định được gắn vào một bảng chipboard. Đế gỗ giao thoa kế - rõ ràng là không giải pháp tốt nhất, nhưng có vấn đề khi làm nó bằng kim loại ở nhà.

Bây giờ bạn có thể kiểm tra khả năng bị nhiễu tại nhà - nghĩa là lắp ráp giao thoa kế. Một gương đã tồn tại, vì vậy một gương thử thứ hai và một bộ tách chùm tia phải được thêm vào. Tôi có một khối tách chùm và tôi đã sử dụng nó, mặc dù một khối trong giao thoa kế hoạt động kém hơn so với một tấm tách chùm - các cạnh của nó tạo thêm phản xạ ánh sáng. Kết quả là cấu trúc sau:

Ở một trong các mặt của hình lập phương, không đối diện với gương, cần hướng ánh sáng trực tiếp và mặt kia có thể quan sát được giao thoa.

Sau khi lắp ráp, các gương không được định vị quá vuông góc và do đó phải thực hiện căn chỉnh ban đầu. Tôi đã làm điều đó với một diode laser công suất thấp được kết nối với một thấu kính chuẩn trực đủ đường kính lớn... Một dòng điện rất nhỏ phải được đưa vào tia laser - sao cho người ta có thể nhìn thẳng vào tinh thể. Kết quả là một nguồn sáng điểm.

Tia laze được lắp phía trước giao thoa kế, và phản xạ của nó trong gương được quan sát qua khối lập phương. Để tiện quan sát, tôi gắn một lăng kính vào khối lập phương, hướng bức xạ ló ra khỏi khối lên trên. Bây giờ, xoay các vít điều chỉnh gương, bạn cần kết hợp hai phản xạ laser có thể nhìn thấy thành một.

Thật không may, tôi không có ảnh chụp quá trình này và nó trông không rõ ràng lắm - vì khối lập phương bị chói nên có thể nhìn thấy nhiều điểm sáng. Mọi thứ trở nên rõ ràng hơn nhiều khi bạn bắt đầu vặn các vít điều chỉnh - một số điểm bắt đầu di chuyển và một số điểm vẫn giữ nguyên vị trí.

Sau khi các gương đã được căn chỉnh theo cách mô tả ở trên, nó đủ để tăng công suất laser - và đây là sự giao thoa! Nó trông gần giống như trong bức ảnh ở đầu bài viết. Tuy nhiên, việc quan sát bức xạ laze bằng mắt thường rất nguy hiểm, vì vậy để nhìn thấy sự giao thoa, bạn cần phải lắp một số loại màn hình sau khối lập phương. Tôi đã sử dụng một mảnh giấy đơn giản mà qua đó bạn có thể nhìn thấy các vân giao thoa - công suất và sự liên kết của tia laser đủ để tạo ra một hình ảnh đủ tương phản. Bằng cách xoay các vít điều chỉnh gương, bạn có thể thay đổi độ rộng của các sọc - rõ ràng là các đường sọc quá hẹp rất khó quan sát. Giao thoa kế càng được căn chỉnh tốt thì các vân càng rộng. Tuy nhiên, như tôi đã đề cập, những sai lệch nhỏ nhất của gương cũng dẫn đến lệch, và do đó, các đường trở nên quá hẹp và không thể phân biệt được. Độ nhạy của giao thoa kế thu được đối với các biến dạng và rung động là rất lớn - chỉ cần nhấn vào bảng cơ sở ở bất kỳ đâu, và các đường bắt đầu di chuyển. Ngay cả tiếng bước chân trong phòng cũng khiến các đường dây rung chuyển.

Tuy nhiên, sự giao thoa của ánh sáng laser kết hợp vẫn chưa phải là điều cần thiết cho hoạt động của máy quang phổ Fourier. Một quang phổ kế như vậy sẽ hoạt động với bất kỳ nguồn sáng nào, kể cả ánh sáng trắng. Chiều dài mạch lạc của ánh sáng trắng là khoảng 1 micron. Đối với đèn LED, giá trị này có thể cao hơn - vài chục micromet. Giao thoa kế chỉ tạo thành một hình giao thoa khi sự khác biệt về đường truyền của chùm ánh sáng giữa mỗi gương và bộ tách chùm nhỏ hơn chiều dài liên kết bức xạ. Đối với laze, thậm chí là laze bán dẫn, nó có kích thước lớn - hơn vài mm, do đó hiện tượng giao thoa xảy ra ngay sau khi các gương căn chỉnh. Nhưng ngay cả từ đèn LED, việc bị nhiễu sẽ khó hơn nhiều - bằng cách di chuyển gương theo hướng dọc bằng vít micromet, bạn cần đảm bảo rằng sự khác biệt về đường đi của các tia nằm trong phạm vi micromet mong muốn.

Tuy nhiên, như tôi đã nói, khi chuyển động, đặc biệt là đủ lớn (hàng trăm micrômet), do cơ chế chất lượng cao không đủ, gương có thể quay nhẹ, dẫn đến điều kiện quan sát giao thoa biến mất. Do đó, thường phải lắp lại đèn laze thay cho đèn LED và chỉnh lại sự căn chỉnh của gương bằng ốc vít.

Cuối cùng, sau nửa giờ cố gắng, khi dường như nó không thực tế chút nào, tôi đã tìm được sự can thiệp của ánh sáng từ đèn LED.

Khi nó xảy ra sau đó một chút, thay vì quan sát sự giao thoa qua một mảnh giấy ở lối ra của khối lập phương, tốt hơn là bạn nên lắp một tấm phim mờ phía trước khối lập phương - đó là cách nó xảy ra. nguồn sáng mở rộng... Do đó, giao thoa có thể được quan sát trực tiếp bằng mắt, giúp đơn giản hóa việc quan sát. Nó thành ra như thế này (bạn có thể thấy sự phản chiếu của khối lập phương trong lăng kính):

Sau đó, chúng tôi quản lý để bị nhiễu ánh sáng trắng từ đèn pin LED (ảnh cho thấy một tấm phim mờ - nó hướng về phía máy ảnh và bạn có thể thấy một đốm sáng mờ từ đèn pin trên đó):

Nếu bạn chạm vào bất kỳ tấm gương nào, các đường bắt đầu di chuyển và mờ dần cho đến khi chúng biến mất hoàn toàn. Chu kỳ của các vạch phụ thuộc vào bước sóng bức xạ, như trong hình tổng hợp được tìm thấy trên Internet:

Bây giờ giao thoa kế đã được sản xuất, chúng ta cần phải chế tạo một cụm gương có thể di chuyển được để thay thế cho chiếc thử nghiệm. Ban đầu, tôi chỉ định dán một chiếc gương nhỏ vào loa, và đặt dòng điện vào nó để thay đổi vị trí của chiếc gương. Kết quả là cấu trúc sau:

Sau khi lắp đặt, yêu cầu căn chỉnh mới của gương tĩnh, hóa ra là gương xoay quá nhiều trên bộ khuếch tán của loa và làm cong nó một chút khi dòng điện được cung cấp qua loa. Tuy nhiên, bằng cách thay đổi dòng điện qua loa, có thể di chuyển gương một cách trơn tru.

Do đó, tôi quyết định làm cho cấu trúc chắc chắn hơn, sử dụng một cơ chế được sử dụng trong một số máy quang phổ - hình bình hành lò xo. Thiết kế rõ ràng từ ảnh:

Bộ phận kết quả hóa ra cứng hơn nhiều so với bộ phận trước, mặc dù độ cứng của lò xo tấm kim loại hơi cao.

Bên trái là một tấm ván cứng có lỗ màng ngăn. Bảo vệ máy quang phổ khỏi ánh sáng bên ngoài.

Một thấu kính chuẩn trực được lắp giữa lỗ và khối tách chùm, được dán vào khung kim loại:

Một giá đỡ bằng nhựa đặc biệt có thể nhìn thấy trên khung, vào đó bạn có thể chèn một bộ phim mờ (nằm ở góc dưới bên phải).

Đã lắp thấu kính cho bộ tách sóng quang. Được lắp giữa thấu kính và khối lập phương gương nhỏ trên một ngàm xoay. Nó thay thế lăng kính được sử dụng trước đó. Bức ảnh ở đầu bài viết được chụp chính xác qua anh ta. Khi quay gương đến vị trí quan sát, nó sẽ đè lên thấu kính và việc ghi lại hình ảnh quang phổ trở nên bất khả thi. Trong trường hợp này, bạn cần ngừng gửi tín hiệu đến loa của gương di động - vì dao động quá nhanh, mắt thường không nhìn thấy được các vạch.

Một bảng một trục khác có thể nhìn thấy ở trung tâm phía dưới. Ban đầu, một cảm biến ảnh đã được gắn cố định trên đó, nhưng chiếc bàn này không mang lại lợi thế đặc biệt nào, và sau đó tôi đã tháo nó ra.

Tôi đã lắp một ống kính lấy nét từ máy ảnh phía trước:

Để đơn giản hóa việc căn chỉnh và kiểm tra quang phổ kế, tôi đã lắp đặt một điốt quang màu đỏ gần màng ngăn.

Điốt được gắn trên một giá đỡ xoay đặc biệt, để nó có thể được sử dụng làm nguồn bức xạ thử nghiệm cho máy quang phổ, trong khi thông lượng ánh sáng từ vật kính bị chặn. Đèn LED được điều khiển bởi một công tắc được lắp đặt bên dưới giá đỡ.

Bây giờ cần nói thêm một chút về cảm biến ảnh. Ban đầu nó được lên kế hoạch chỉ sử dụng một điốt quang silicon chung. Tuy nhiên, những nỗ lực đầu tiên để tạo ra bộ khuếch đại chất lượng cao cho điốt quang đã thất bại, vì vậy tôi quyết định sử dụng cảm biến quang OPT101, đã chứa bộ khuếch đại có hệ số chuyển đổi 1.000.000 (1 μA -> 1V).

Cảm biến này hoạt động khá tốt, đặc biệt là sau khi tôi loại bỏ bảng nói trên và điều chỉnh chính xác độ cao của cảm biến.

Tuy nhiên, một photodiode silicon chỉ có khả năng nhận bức xạ trong dải bước sóng 400-1100 nm. Các đường hấp thụ của các chất khác nhau thường nằm xa hơn, và cần có một diode khác để phát hiện chúng. Có một số loại điốt quang có sẵn cho hoạt động hồng ngoại gần. Đối với một thiết bị sản xuất đơn giản tại nhà, điốt quang germani là phù hợp nhất, có khả năng nhận bức xạ trong khoảng 600 - 1700 nm. Những điốt này được sản xuất ở Liên Xô, vì vậy chúng tương đối rẻ và hợp túi tiền.

Độ nhạy điốt quang:

Tôi đã quản lý để có được điốt quang FD-3A và FD-9E111. Trong máy quang phổ, tôi đã sử dụng cái thứ hai - nó có độ nhạy cao hơn một chút. Đối với điốt quang này, chúng tôi vẫn phải lắp ráp một bộ khuếch đại. Nó được thực hiện bằng cách sử dụng bộ khuếch đại hoạt động TL072. Để bộ khuếch đại hoạt động, cần phải cung cấp cho nó một điện áp có cực tính âm. Để có được điện áp này, tôi đã sử dụng bộ chuyển đổi DC-DC làm sẵn với cách ly điện.

Ảnh của một photodiode với bộ khuếch đại:

Chùm ánh sáng từ giao thoa kế phải được hội tụ trên cả hai điốt quang. Một bộ tách chùm có thể được sử dụng để tách ánh sáng khỏi ống kính, nhưng điều này sẽ làm suy giảm tín hiệu từ các điốt. Do đó, sau ống kính, một gương xoay khác đã được lắp đặt để bạn có thể hướng ánh sáng đến diode mong muốn. Kết quả là cụm cảm biến quang sau:

Ở giữa bức ảnh có một thấu kính, trên đỉnh của nó là một tia laser kênh tham chiếu. Tia laser giống như trong máy đo khoảng cách, được lấy từ ổ đĩa DVD. Tia laser bắt đầu hình thành bức xạ kết hợp chất lượng cao chỉ ở một dòng điện nhất định. Trong trường hợp này, công suất bức xạ khá cao. Vì vậy, để hạn chế sức mạnh của chùm tia, tôi phải che ống kính laser bằng một bộ lọc ánh sáng. Ở bên phải có một cảm biến trên OPT101, bên dưới - một diode quang germani với bộ khuếch đại.

Trong kênh tham chiếu để nhận bức xạ laser, một điốt quang FD-263 được sử dụng, tín hiệu từ đó được khuếch đại bởi bộ khuếch đại hoạt động LM358. Trong kênh này, mức tín hiệu rất cao, do đó độ lợi là 2.

Kết quả là cấu trúc sau:

Dưới giá đỡ đèn LED thử nghiệm là một lăng kính nhỏ hướng chùm tia laze về phía điốt quang của kênh tham chiếu.

Một ví dụ về biểu đồ dao động thu được từ máy quang phổ (đèn LED trắng đóng vai trò là nguồn bức xạ): Đường màu vàng là tín hiệu được đưa đến loa của gương di động, đường màu xanh là tín hiệu từ OPT101, đường màu đỏ là kết quả của phép biến đổi Fourier do máy hiện sóng thực hiện.

Phần mềm

Nếu không có phần mềm xử lý, máy quang phổ Fourier là không thể - trên máy tính thực hiện phép biến đổi Fourier ngược, biến đổi giao thoa nhận được từ máy quang phổ thành phổ của tín hiệu ban đầu. Trong trường hợp của tôi, việc tôi điều khiển gương với tín hiệu hình sin tạo ra một khó khăn riêng. Do đó, gương cũng chuyển động theo hình sin, có nghĩa là tốc độ của nó liên tục thay đổi. Nó chỉ ra rằng tín hiệu từ đầu ra giao thoa kế đã được điều chế tần số. Như vậy, chương trình cũng phải sửa lại tần số của tín hiệu đã xử lý.

Toàn bộ chương trình được viết bằng C #. Làm việc với âm thanh được thực hiện bằng thư viện NAudio. Chương trình không chỉ xử lý tín hiệu từ máy đo phổ mà còn tạo ra tín hiệu hình sin với tần số 20 Hz để điều khiển gương di động. Các tần số cao hơn được cơ học của gương chuyển động truyền đi kém hơn.

Quá trình xử lý tín hiệu có thể được chia thành nhiều giai đoạn và kết quả của quá trình xử lý tín hiệu trong chương trình có thể được xem trên các tab riêng biệt.

Đầu tiên, chương trình nhận một mảng dữ liệu từ thẻ âm thanh. Mảng này chứa dữ liệu từ các kênh chính và kênh tham chiếu:

Bên trên - tín hiệu tham chiếu, bên dưới - tín hiệu từ một trong các điốt quang ở đầu ra của giao thoa kế. Trong trường hợp này, đèn LED màu xanh lá cây được sử dụng làm nguồn tín hiệu.

Việc xử lý tín hiệu tham chiếu được chứng minh là khá khó khăn. Chúng ta phải tìm cực tiểu và cực đại cục bộ của tín hiệu (được đánh dấu trên biểu đồ bằng các chấm màu), tính tốc độ của gương (đường cong màu cam), và tìm các điểm có tốc độ tối thiểu (được đánh dấu bằng các chấm đen). Sự đối xứng của tín hiệu tham chiếu rất quan trọng đối với những điểm này, vì vậy chúng không phải lúc nào cũng trùng khớp chính xác với tốc độ tối thiểu thực tế.

Một trong những cực tiểu vận tốc tìm thấy được lấy làm điểm gốc của giao thoa (được đánh dấu bằng một đường thẳng đứng màu đỏ). Hơn nữa, một chu kỳ dao động của gương được phân biệt:

Số chu kỳ dao động của tín hiệu tham chiếu trong một lần đi qua gương (giữa hai chấm đen trong ảnh chụp màn hình ở trên) được biểu thị ở bên phải: "REF PERIODS: 68". Như tôi đã đề cập, chương trình giao thoa kết quả được điều chế tần số và cần được sửa chữa. Để điều chỉnh, tôi đã sử dụng dữ liệu về chu kỳ dao động tín hiệu hiện tại trong kênh tham chiếu. Việc hiệu chỉnh được thực hiện bằng cách nội suy tín hiệu sử dụng phương pháp đường nét khối. Kết quả được hiển thị bên dưới (chỉ một nửa của chương trình giao thoa được hiển thị):

Chương trình giao thoa thu được, bây giờ bạn có thể thực hiện phép biến đổi Fourier ngược. Nó được thực hiện bằng cách sử dụng thư viện FFTW. Kết quả chuyển đổi:

Kết quả của sự biến đổi này là thu được phổ của tín hiệu gốc trong miền tần số. Trong ảnh chụp màn hình, nó được chuyển đổi thành xentimét nghịch đảo (CM ^ -1), thường được sử dụng trong quang phổ. Nhưng tôi vẫn quen với thang đo bước sóng hơn, vì vậy quang phổ phải được tính toán lại:

Người ta thấy rằng độ phân giải của máy quang phổ giảm khi bước sóng tăng. Bạn có thể cải thiện một chút hình dạng của quang phổ bằng cách thêm các số không vào cuối chương trình giao thoa, tương đương với việc thực hiện nội suy sau khi thực hiện phép biến đổi.

Ví dụ về quang phổ thu được

Bức xạ laser:

Ở bên trái, dòng điện định mức được áp dụng cho laser, bên phải, dòng điện thấp hơn nhiều. Như có thể thấy, với dòng điện giảm, tính liên kết của bức xạ laser giảm, và độ rộng phổ tăng lên.

Các nguồn được sử dụng là: điốt "tia cực tím", điốt xanh lam, vàng, trắng và hai điốt hồng ngoại có bước sóng khác nhau.

Quang phổ truyền qua của một số bộ lọc ánh sáng:

Quang phổ phát xạ được hiển thị sau khi bộ lọc giao thoa lấy từ máy đo mật độ. Ở góc dưới bên phải - phổ bức xạ sau bộ lọc IR, được chụp từ máy ảnh. Cần lưu ý rằng đây không phải là độ truyền của các bộ lọc này - để đo đường cong truyền của bộ lọc, bạn cần tính đến hình dạng quang phổ của nguồn sáng - trong trường hợp của tôi, đó là đèn sợi đốt. Với một chiếc đèn như vậy, máy quang phổ đã gặp một số vấn đề nhất định - vì hóa ra, quang phổ của các nguồn sáng băng thông rộng thu được một cách vụng về bằng cách nào đó. Tôi đã không thể tìm ra điều này được kết nối với. Có lẽ vấn đề liên quan đến chuyển động phi tuyến của gương, có lẽ là sự phân tán bức xạ trong khối lập phương, hoặc hiệu chỉnh kém đối với độ nhạy quang phổ không đồng đều của điốt quang.

Và đây là quang phổ phát xạ của đèn:

Các răng trên quang phổ bên phải là một tính năng của thuật toán bù cho độ nhạy quang phổ không đồng đều của điốt quang.

Lý tưởng nhất, phổ nên trông như thế này:

Khi kiểm tra quang phổ kế, người ta không thể không nhìn vào quang phổ của đèn huỳnh quang - nó có hình dạng "sọc" đặc trưng. Tuy nhiên, khi đăng ký quang phổ bằng máy quang phổ Fourier của quang phổ của đèn 220V thông thường, một vấn đề nảy sinh - đèn nhấp nháy. Tuy nhiên, phép biến đổi Fourier cho phép bạn tách các dao động tần số cao hơn (đơn vị kHz), do nhiễu tạo ra, khỏi các dao động tần số thấp (100 Hz), do mạng cung cấp:

Quang phổ của đèn huỳnh quang do máy quang phổ công nghiệp thu được:

Tất cả các quang phổ trên thu được bằng cách sử dụng một điốt quang silicon. Bây giờ tôi sẽ đưa ra quang phổ thu được bằng một điốt quang germani:

Đầu tiên là quang phổ của đèn sợi đốt. Như bạn có thể thấy, nó không giống với quang phổ của đèn thật (đã được trình bày trước đó).

Phải - phổ truyền của giải pháp đồng sunfat... Điều thú vị là nó không truyền bức xạ hồng ngoại. Đỉnh nhỏ ở bước sóng 650 nm có liên quan đến sự phản xạ lại bức xạ laze từ kênh tham chiếu đến đế.

Đây là cách quang phổ được quay:

Dưới đây là quang phổ truyền của nước, bên phải là biểu đồ về quang phổ truyền thực của nước. Tiếp theo là các phổ truyền qua của axeton, dung dịch clorua sắt, rượu isopropyl.

Cuối cùng, tôi sẽ đưa ra phổ của bức xạ mặt trời thu được bởi điốt quang silicon và germani:

Hình dạng không đồng đều của quang phổ có liên quan đến sự hấp thụ bức xạ mặt trời của các chất chứa trong khí quyển. Bên phải là hình dạng thực của quang phổ. Hình dạng của quang phổ thu được bởi điốt quang germani khác hẳn với quang phổ thực, mặc dù các vạch hấp thụ nằm ở vị trí của chúng.

Vì vậy, bất chấp tất cả các vấn đề, tôi vẫn tìm cách nhận được sự giao thoa của ánh sáng trắng ở nhà và chế tạo một máy quang phổ Fourier. Như bạn có thể thấy, không phải không có nhược điểm của nó - quang phổ có phần hơi cong, độ phân giải thậm chí còn tệ hơn so với một số máy quang phổ sản xuất tại nhà với cách tử nhiễu xạ (điều này chủ yếu là do chuyển động chậm của gương chuyển động) . Nhưng tuy nhiên - nó hoạt động!

Tags: Thêm thẻ

Bây giờ chúng ta sẽ lắp ráp hai phiên bản của một kính quang phổ nhiễu xạ bằng chính tay của chúng ta. Máy quang phổ là một thiết bị cho phép bạn nghiên cứu quang phổ của ánh sáng bằng cách pha loãng các thành phần quang phổ của nó dọc theo một trục nhất định. Có thể phân chia ánh sáng thành các sóng đơn sắc thông qua hiện tượng tán sắc hoặc qua hiện tượng nhiễu xạ. Trong trường hợp này, chúng ta sẽ sử dụng nhiễu xạ, vì chúng ta có một cách tử nhiễu xạ tuyệt vời trong tay - một đĩa compact!

Chúng ta cần một hộp các tông nhỏ, một đĩa CD, keo dán và một ống thị kính mờ.

Dùng kéo cắt một đoạn CD để vừa với chiếc hộp:

Chúng ta sẽ lắp một con dao lấy sáng từ hai lưỡi dao cạo trên cửa sổ - sao cho tia sáng hẹp nhất lọt vào hộp - để chúng ta nhìn thấy hình ảnh rõ ràng nhất.

Phương án hai

Hãy tạo một kính quang phổ thu nhỏ hoạt động trong ánh sáng truyền qua. Để làm điều này, chúng tôi cắt đĩa CD ra như trong phiên bản đầu tiên.