光学多通道分析器实验报告Liu(共7页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上光学多通道分析器的应用曲子阳 Qu Ziyang【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（蓝光，黄光等）的波长范围。【关键词】光学多通道，CCD，光谱，波长【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、汞灯、紫外线灯、发光二极管（蓝、黄）。WGD6型光学多通道分析器，由光栅单色仪、CCD接收单元

2、、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。该仪器的光学系统采用CT型，如图1所示图 1 光学原理图M1：反射镜、M2：准光镜、M3：物镜、M4：转镜、G：平面衍射光栅、S1：入射狭缝、S2：CCD接收位置、S3：观察窗（或出射狭缝位置）入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围02mm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

3、耀波长550nm二块滤光片工作区间 白片350600nm，红片600900nm三、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

4、 576959 546074 491604 435835 434750 433924 407781 404656 365. 151图 2汞灯标准谱线分布四、实验过程定标步骤：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、蓝光：（1）.线性定标：图一选取其中的两个点，进行线性定标。将通

5、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

6、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次及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。七、实验总结：1、

7、关于定标采用的次数： 光栅方程为：并非是一个线性方程，所以线性定标不一定是最适合的，所以实验中尝试了线性，二次，四次定标。由dsin=k入可知。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。2.、实验过程中实验室一直开着灯。但影响几乎可以忽略不计。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

8、尖锐，从而方便定标。4、光谱如果呈锯齿状，说明光源不正。5、实验中还发现一个问题就是对于同一个发光二极管，每次测量的峰值波长并不相同，有时差别很明显。分析原因： 发光二极管的峰值波长与温度有关，随着测量的进行，通电的发光二极管温度会有明显的变化，对峰值波长产生影响 每次测量光强一般不相同，而且有周围其他的光对仪器测得的光强产生影响，从而影响到峰值的选取，也可能对峰值波长的确定产生一定影响 器的系统测量误差也会对测量值产生影响，但影响很小，可以忽略。通过实验了解发光二极管的发射光谱，掌握光学多通道分析仪的原理和使用方法，掌握用光学多道分析器测量未知光谱的方法。，同时也学会了如何利用光谱分析判断未知元素的方法。总结出了从实验现象中得出的一些结论，为进一步提高对光学物理理解提供了很大的帮助。【