滤光片光谱特性的测量

  仪器信息网 ·  2011-03-24 00:43  ·  41077 次点击
一、实验目的
1.学习和掌握干涉滤光片的滤光原理和结构
2、了解光栅光谱仪的光学原理,掌握其使用方法;
3.测量滤光片的光谱特性曲线。
二、实验仪器用具
WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪一台;WGD-4A型组合式多功能光栅光谱仪一台;标准滤光片一组。
三、实验原理
1.测量滤光片的频谱特性
滤光片是一种只让某一波段范围内的光透过(即透射率较大)的光学元件。对某一特定的滤光片则是只让这种波长光透过,其它波长光不能透过。透光片按其结构可分为吸收滤光片和干涉滤光片两类。描述滤光片的主要性能指标有三:
(1)峰值波长;
(2)峰值投射率;
(3)光谱宽度。
理论上单一波长的谐波只是理想情况,任何实际的波列都有一定的谱线宽度。例如:白炽灯就包括可见光范围(4000~7600Å)内的全部波长,以及某些紫外和红外的波长,实验室常用的单色光源:钠灯和水银灯,其谱线也包括一个很小的波长范围,如图1所示。谱线中心的强度I0最大,波长是l0,中心两边强度对称的下降,在l0±Dl/2处下降到I0/2。Dl就是谱线宽度,它表示谱线的单色性的好坏,Dl越小,谱线的单色程度就越高。
四、仪器原理及结构
WGD-3型和WGD-4A型组合式多功能光栅光谱仪,由光栅单色仪、接收单元、扫描系统、电子放大器、A/D采集单元、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。光学系统采用C-T型,如图2。
入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝,宽度范围0—2.5mm连续可调,光源发出的光束进入入射狭缝S1,S2位于反射式准光镜M2的焦平面上,通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投入平面光栅G上,衍射后的平行光束经物镜成像在S2上或S3上。
波长范围WGD-3型光栅光谱仪200—800nm
WGD-4A型光栅光谱仪800—2000nm
五、实验步骤
(一)仪器的准备与启动
1.接通电源后,检查接线是否正确,并按顺序依次打开光栅光谱仪和电脑。
2.狭缝的调整
宽度范围0—2.5mm连续可调,顺时针旋转为狭缝宽度加大,反之减小,每旋转一周狭缝宽度变化0.5mm,调节时注意最大不超过2.5mm,也不能调至接近于0mm,这样会既无光强输入,又易损坏狭缝。
3.转换开关
检查转换开关的位置,确认是否是工作位置,若扫描滤波片光谱特性,请将扳手放在“光电倍增管”档,若观察谱线,可将旋钮指示停在“观察档”。
4.软件的启动
执行桌面的快捷方式“WGD多功能光栅光谱仪”,即可启动控制处理系统。进入系统,等待五秒钟后,弹出一个对话框,让用户确认当前的波长位置是否有效,是否重新初始化。选择取消,进行初始化,等待大约两分钟后,进入工作界面。工作界面主要由菜单栏、主工具栏、辅工具栏、工作区、状态栏、参数设置区以及寄存器信息提示区等组成。如图3。
(二)测量
1.WGD-3型光栅光谱仪光源的测量
(a)首先选择参数设置区的“参数设置”项,模式选择基线(E),间隔设为1.0nm,起始波长和中止波长设为200nm和800nm,最大值和最小值分别为30和0。
(b)执行主工具栏的检索命令,弹出输入框。在编辑框中输入200,单击“确定”按钮,系统将显示“正在检索,请稍等!”,大约一分钟后,检索完毕,点击主工具栏的“单程”选项。此时,系统将从起始波长处开始扫描。
(c)扫描完毕后,点击辅工具栏的S/R,选择确定,则图形变得较为平滑(如果频谱图效果不好,可多平滑几次),执行辅工具栏中的命令,当光标落在工作区中时,点击鼠标左键时,系统将光标定位在于该点横坐标最接近的谱线数据点上,并在数值框中显示该数据点的信息。用鼠标左键在不同位置点击,可以读取不同的数据点,也可使用键盘方向键的左右二键移动光标读取数据点信息,单击鼠标右键,退出读取。
记录下光源的中心波长l0,并绘出光谱图。
2.滤光片的光谱特性测量
(a)550nm滤光片光谱特性的测量
适当改变出射狭缝的宽度(约为0.2mm),将滤光片放入载物池,工作范围中的起始波长及中止波长改为400nm和700nm,然后“检索”波长到400nm处,开始“单程”扫描,完毕后平滑处理,记录下中心波长l0及能量值,在用键盘方向键的左右二键找到最接近中心能量值一半处的波长值,记录下来,算出谱线宽度Dl。
选择主工具栏的保存选项,保存当前的数据图形。
(b)600nm滤光片光谱特性的测量
将工作范围改为450nm到750nm,“检索”波长到450nm,其他步骤同上一步相同,记录相应数据并保留图形。
(c)650nm滤光片光谱特性的测量
将工作范围改为500nm到800nm,“检索”波长到500nm,其他步骤同上一步相同,记录相应数据并保留图形。
(d)选出一副单色性最好的光谱特性图打印出来,标明其中心波长和谱线宽度。
3.WGD-4A型光栅光谱仪的使用与测量
(a)光源的测量
方法同WGD-3型光栅光谱仪相同,其相应的数据改为:间隔设为2.0nm,起始波长和中止波长设为800nm和1600nm,最大值和最小值分别为1000和0,检索时输入800nm。
记录下光源的中心波长l0,并绘出光谱图。
(b)滤光片的光谱特性测量
将参数设置中的最大值改为35,分别在载物池放入950nm,1000nm,1100nm滤光片,波长范围分别为800nm—1100nm,850—1150nm,900nm—1200nm,测量方法同WGD-3型相同,记录相应数据和图形。
(三)思考题
1.试验中所得的中心波长是否与滤波片上标明的中心波长相同?如不同,试分析其原因。
2.滤波片频谱特性图上除谱线宽度范围外,其它波段上是否能量都为0,如不是,分析其原因。
附:实验中注意事项
1.光学仪器表面,尤其是通光面不得用汗手或油手触摸。
2.开关光谱光栅仪与启动电脑要按着顺序依次进行,正确顺序为:使用时先开谱仪再开电脑,结束时,先关电脑,再关光谱仪。
3.程序扫描过程中,不可改变狭缝的大小,如改变了需重新测量。
4.使用软件过程中,不可强行退出,否则有可能导致系统无法正常使用,需重起计算机。
5.软件的其他参数设置请勿随意更改。

0 条回复

暂无讨论,说说你的看法吧!

 回复

你需要  登录  或  注册  后参与讨论!