El profesor de química Alexander Scheeline de la Universidad de Illinois hizo un espectrómetro desde un teléfono móvil para cautivar a los estudiantes con la química analítica.
El profesor reunió la herramienta científica básica del químico a partir de materiales económicos y una cámara digital. Espectrofotometria es uno de los medios más utilizados para identificar y cuantificar materiales. Si, por ejemplo, necesita medir la cantidad de proteína en la carne, agua en el grano o hierro en la sangre, necesita espectrómetro.
Un estudiante no puede evaluar el desempeño de la espectrofotometría si usa la misteriosa "caja" de un espectrómetro de laboratorio. No entiende lo que está sucediendo en el interior y simplemente cambia las muestras y registra los resultados, explica Alexander Shchilin. - No ayuda al proceso educativo. Si quieres enseñarle a alguien a utilizar la herramienta de forma creativa y mejorarla, necesitas algo más simple y claro ".
Figura: 1. Esto es todo lo que necesita para hacer un espectrómetro.
Si desea llamar la atención sobre las deficiencias del instrumento, es mucho más fácil cuando estas deficiencias son muy grandes y no se compensan con la complejidad de los dispositivos y la configuración ", explica Alexander Shchilin.
En un espectrómetro, la luz blanca atraviesa una muestra de material que absorbe longitudes de onda de luz específicas. Luego, una rejilla de difracción descompone la luz en colores y los químicos pueden analizar el espectro y determinar las propiedades de la muestra.
Figura: 2. Espectrómetro montado. El LED brilla a través de la cubeta directamente opuesta a la rejilla, que se fija con cinta transparente.
Como fuente de luz, el profesor Shchilin usó una diodo emisor de luzalimentado por una batería de 3 voltios. No es difícil comprar una rejilla de difracción y cubetas de muestra en los Estados Unidos, y al final todo el equipo cuesta menos de $ 3. Queda por encontrar una cámara digital adecuada, y luego el científico recordó que cada escolar y estudiante tiene teléfono móvil. Después de eso, solo queda resolver el problema del procesamiento de datos. Para ello, el profesor redactó un programa de análisis de espectros de fotografías en formato jpeg y lo puso en Internet junto con los códigos fuente.
Por primera vez, Alexander Shchilin demostró su invento mientras trabajaba en un programa de intercambio en Hanoi (Vietnam). Los estudiantes vietnamitas no tenían experiencia con instrumentos científicos, pero se embarcaron con entusiasmo en experimentos con un espectrómetro de teléfono celular.
Figura: 3. Un teléfono móvil no reemplazará a un espectrómetro preciso en una investigación científica seria, pero no todos los estudiantes tienen $ 3,000 en dinero de bolsillo para un pasatiempo.
En los Estados Unidos, un profesor usó un espectrómetro casero durante su clase de secundaria. Al final de la lección de 45 minutos, los estudiantes han aprendido cosas que eluden a la mayoría de los estudiantes que solo estudian libros de texto. Por ejemplo, un estudiante preguntó sobre el efecto de la luz dispersa en la sensibilidad y la capacidad de una cámara para leer el espectro.
Un alumno de último año que no sabía casi nada sobre espectrofotometría hace una hora descubrió el principal problema de todos los espectrómetros, dice Alexander Shchilin. - Desde que comencé a enseñar, he intentado explicar a mis alumnos el concepto del efecto de la luz dispersa en un espectrómetro y el efecto de este problema en el rendimiento de los equipos. ¡Y de repente vi cómo el propio estudiante entendía la esencia de este problema y me hacía la pregunta correcta! "
El científico está feliz de compartir su invento con maestros de escuela y profesores universitarios en varios seminarios y utilizando Internet. Espera que se mejore su invento, por ejemplo, escribirá un programa de procesamiento de imágenes para teléfonos inteligentes, que eliminará la necesidad de usar una computadora. Un espectrómetro de teléfono móvil puede cautivar a mucha gente con la química analítica, que a muchos les parece una ciencia compleja e incomprensible. Sin embargo, la invención de Alexander Shchilin demuestra que la curiosidad innata de una persona se puede despertar fácilmente: es suficiente para ofrecer experimentos creativos simples, comprensibles y emocionantes.
Una vez leí un artículo sobre el espectrómetro de Fourier en Wikipedia y quería hacer uno yo mismo. Esta tarea no es nada sencilla, pero logramos hacer un modelo funcional del espectrómetro. Le advertiré de inmediato: este no es un espectrómetro infrarrojo, por lo que no harán mediciones especialmente interesantes.
Acerca de cómo funciona un espectrómetro de Fourier y cómo se puede hacer en casa, además (¡cuidado, muchas imágenes!).
Un poco de teoría
Por si acaso, hablaremos de espectrómetros ópticos.Intentaré no profundizar en la teoría de los espectrómetros, aunque este tema es muy amplio.
Los tipos de espectrómetros más comunes son los espectrómetros con un elemento dispersivo, que es capaz de distribuir radiación de diferentes longitudes de onda en el espacio. Las rejillas de difracción y los prismas son ejemplos de tales elementos.
Diagrama simplificado de un espectrómetro con una rejilla de difracción semitransparente: 
En el diagrama: 1 - rendija de entrada, 2 - lente colimadora, 3 - rejilla de difracción, 4 - lente de enfoque, 5 - plano de imagen (plano fotodetector).
La radiación investigada pasa a través de la rendija de entrada, es convertida por el objetivo 2 en un haz de luz paralelo, que cae sobre la rejilla de difracción. La rejilla produce la separación espacial de este haz: la radiación con diferentes longitudes de onda comienza a propagarse en diferentes ángulos. La lente de enfoque 5 forma a partir de haces paralelos una imagen en el plano 5, que puede ser registrada por un fotodetector (por ejemplo, una regla CCD).
Estos tipos de espectrómetros son relativamente simples, pero tienen sus inconvenientes.
Uno de los parámetros que influye en la resolución espectral del espectrómetro es el ancho de la rendija: cuanto más pequeña es, mejor es la resolución. Sin embargo, con una disminución del tamaño de la hendidura, la iluminación del fotodetector disminuye, lo que complica la adquisición de espectros. Dado que la luz se distribuye sobre el plano de la imagen, la iluminación de la imagen disminuye.
Los prismas, aunque son simples de fabricar y usar, no son capaces de proporcionar una alta resolución espectral. Otro inconveniente es que solo pueden funcionar en un cierto rango de longitud de onda determinado por el material del prisma. Los vidrios comunes no son capaces de transmitir radiación con una longitud de onda superior a 3-4 micrones.
Las rejillas de difracción son más difíciles de fabricar, pero proporcionan una resolución espectral mucho mejor. Las rejillas de difracción reflectantes se pueden utilizar en una amplia gama de longitudes de onda, desde la radiación ultravioleta hasta el infrarrojo lejano. Una de las desventajas de las rejillas de difracción es que dan varios órdenes diferentes del espectro, lo que puede distorsionar el interferograma. Para eliminarlos hay que utilizar filtros de luz que limiten el espectro de radiación a la entrada o salida del espectrómetro.
Para registrar el espectro en el plano de imagen del espectrómetro, se instalan fotodetectores multielemento, que permiten leer muy rápidamente todo el espectro de radiación. Las matrices de CCD y CMOS de silicio más comunes solo son adecuadas para VIS y NIR. Para estudiar la radiación de más de 1,2 micrones, se necesitan receptores hechos de otros materiales, por ejemplo, germanio, arseniuro de galio indio o incluso una línea de microbolómetros. Estos receptores de elementos múltiples son producidos por solo unas pocas empresas en el mundo, son muy caros y difíciles de obtener.
Para registrar los espectros, se pueden utilizar fotodetectores de un solo elemento más baratos (fotodiodos, bolómetros), pero en este caso el escaneo de la imagen debe ser mecánico, moviendo uno de los nodos del espectrómetro. Esto aumenta significativamente el tiempo necesario para obtener el espectrograma y puede reducir la precisión de la medición de los valores absolutos de las longitudes de onda.
Los espectrómetros de Fourier utilizan un principio de funcionamiento completamente diferente: se basa en el fenómeno de la interferencia.
En Wikipedia, me pareció, se da la descripción más simple y comprensible:
El elemento principal de un espectrómetro de Fourier es un interferómetro de Michelson.
Digamos que tenemos una fuente de radiación coherente con una determinada longitud de onda. Cuando la diferencia de trayectoria entre los dos haces que llegan al receptor es λ / 2 (es decir, los haces llegaron en antifase), la intensidad de la luz registrada por el receptor es cercana a cero. Cuando se mueve el espejo derecho del interferómetro de Michelson, la diferencia en la trayectoria de los rayos cambia y también cambia la intensidad de la luz registrada por el receptor. Obviamente, la intensidad de la luz es máxima cuando la diferencia en la trayectoria de los rayos es un múltiplo de la longitud de onda.Cuando el espejo se mueve a una velocidad constante, se observará una señal eléctrica sinusoidal en la salida del receptor. Además, el período de la sinusoide depende de la longitud de onda de la fuente y la amplitud de la intensidad de la fuente.
Ahora imagine que la entrada es una fuente incoherente. Cada longitud de onda en el espectro de la fuente de luz dará su propia sinusoide en la salida del receptor. Así, a la salida del receptor, obtenemos una señal compleja. Al realizar la transformada de Fourier inversa sobre la señal recibida, obtenemos el espectro de la señal eléctrica de entrada, que es también el espectro de emisión de la fuente (es decir, la intensidad de radiación de la fuente a diferentes longitudes de onda).
Esquema de interferencia de radiación en un espectrómetro de Fourier:
En el diagrama: 1 - fuente de radiación, 2 - placa de división del haz (semitransparente), 3 - espejo fijo, 4 - espejo móvil, 5 - fotodetector.
El diseño de un espectrómetro real es algo más complicado:
En el diagrama: 1 - fuente de radiación, 2,4 - óptica colimadora, 3 - diafragma de entrada, 5 - espejo fijo, 6 - espejo móvil, 7 - accionamiento de espejo, 8 - divisor de haz, 9 - láser de canal de referencia, 10 - referencia canal fotodetector, 11 ópticas de enfoque, 12 fotodetectores de señales.
Para estabilizar la velocidad de movimiento del espejo móvil y asegurar la "unión" del espectrómetro a los valores absolutos de las longitudes de onda, se introduce en el espectrómetro un canal de referencia, compuesto por un láser y su fotodetector (9 y 12 en el diagrama). En este caso, el láser actúa como estándar de longitud de onda. Los espectrómetros de alta calidad utilizan láseres de gas de frecuencia única para este propósito. Como resultado, la precisión de la medición de la longitud de onda es muy alta.
Los espectrómetros de transformada de Fourier tienen otras ventajas sobre los espectrómetros clásicos.
Una característica importante de los espectrómetros de Fourier es que cuando se usa incluso un fotodetector, todos los elementos espectrales se registran simultáneamente, lo que proporciona una ganancia de energía en comparación con el escaneo mecánico elemento por elemento (ganancia de Falgett).
Los espectrómetros de transformada de Fourier no requieren el uso de rendijas ópticas, que retienen la mayor parte del flujo luminoso, lo que da una gran ganancia de luminosidad (ganancia Jacquinot).
En los espectrómetros de Fourier no hay problema de espectros solapados, como en los espectrómetros con rejillas de difracción, por lo que el rango espectral de la radiación estudiada puede ser muy amplio, y está determinado por los parámetros del fotodetector y la placa divisoria del haz.
La resolución de los espectrómetros de transformada de Fourier puede ser mucho mayor que la de los espectrómetros tradicionales. Está determinada por la diferencia en el recorrido del espejo móvil Δ. El intervalo de onda resuelto está determinado por la expresión: δλ \u003d λ ^ 2 / Δ
Sin embargo, también existe un inconveniente importante: la gran complejidad mecánica y óptica del espectrómetro. Para que ocurra interferencia, ambos espejos de interferómetro deben estar alineados perpendicularmente entre sí con mucha precisión. En este caso, uno de los espejos debe realizar vibraciones longitudinales, pero la perpendicularidad debe mantenerse con la misma precisión. En los espectrómetros de alta calidad, en algunos casos, para compensar la inclinación de un espejo móvil durante el movimiento, un espejo fijo se inclina mediante actuadores piezoeléctricos. El rayo de referencia del láser se mide para obtener información sobre la inclinación actual.
Práctica
No estaba absolutamente seguro de que fuera posible hacer un espectrómetro de Fourier en casa sin tener acceso a las máquinas necesarias (como mencioné, la mecánica es la parte más difícil del espectrómetro). Por lo tanto, el espectrómetro se construyó por etapas.Una de las partes más importantes del espectrómetro es el conjunto de espejo fijo. Es él quien deberá ajustarse (moverse suavemente) durante el proceso de montaje. Era necesario proporcionar la capacidad de inclinar el espejo a lo largo de dos ejes y moverlo con precisión en la dirección longitudinal (por qué, más abajo), mientras que el espejo no debería inclinarse.
La base del conjunto de espejo fijo es una platina de un solo eje con un tornillo micrométrico. Ya tenía estos nodos, solo era necesario conectarlos entre sí. Para una conexión sin holguras, utilicé una simple sujeción del escenario a un tornillo micrométrico con un resorte ubicado dentro de la base del escenario.
Hice esto usando tres tornillos de ajuste extraídos de un teodolito roto. Una placa de metal con un espejo pegado se presiona con resortes en los extremos de estos tornillos, y los tornillos mismos se fijan en una esquina de metal atornillada a
mesa.
El diseño está claro en las fotos:
Los tornillos de ajuste del espejo y el tornillo micrométrico son visibles.
El espejo en sí es visible al frente. Se toma de un escáner. Una característica importante del espejo es que el revestimiento del espejo debe estar enfrente del espejo, y para que las líneas de interferencia no estén torcidas, la superficie del espejo debe ser de buena calidad.
Vista desde arriba:
Se puede ver los resortes presionando la mesa en el tornillo micrométrico y la fijación de la placa con el espejo a la esquina.
Como puede ver en las fotografías, el conjunto de espejo fijo está unido a un tablero de aglomerado. La base de madera del interferómetro claramente no es la mejor solución, pero era problemático hacerla de metal en casa.
Ahora puede verificar la posibilidad de obtener interferencias en casa, es decir, para ensamblar el interferómetro. Ya existe un espejo, por lo que se debe agregar un segundo espejo de prueba y un divisor de haz. Tenía un cubo divisor de haz y lo usé, aunque el cubo en el interferómetro funciona peor que la placa divisoria de haz: sus bordes dan reflejos de luz adicionales. El resultado es la siguiente construcción:
En uno de los lados del cubo, sin mirar hacia el espejo, debe dirigir la luz y, a través del otro, puede observar la interferencia.
Después del montaje, los espejos no se colocan demasiado perpendicularmente, por lo que se debe realizar una alineación inicial. Lo hice con un diodo láser de baja potencia conectado a una lente colimadora de un diámetro bastante grande. Se debe aplicar una corriente muy pequeña al láser, de modo que se pueda mirar directamente al cristal. El resultado es una fuente de luz puntual.
El láser se instala frente al interferómetro y sus reflejos en los espejos se observan a través del cubo. Para facilitar la observación, adjunté un prisma al cubo, dirigiendo la radiación que sale del cubo hacia arriba. Ahora, girando los tornillos de ajuste del espejo, debe combinar los dos reflejos láser visibles en uno.
Desafortunadamente, no tengo fotos de este proceso y no se ve muy claro; debido al resplandor del cubo, se pueden ver muchos puntos luminosos. Todo se vuelve mucho más claro cuando comienza a girar los tornillos de ajuste: algunos de los puntos comienzan a moverse y otros permanecen en su lugar.
Una vez que los espejos se han alineado de la manera descrita anteriormente, es suficiente para aumentar la potencia del láser, y aquí está, ¡interferencia! Se ve casi igual que en la foto al principio del artículo. Sin embargo, es peligroso observar la radiación láser con los ojos, por lo que para ver la interferencia, debe instalar algún tipo de pantalla después del cubo. Utilicé una simple hoja de papel a través de la cual se pueden ver las franjas de interferencia: la potencia del láser y la coherencia son suficientes para crear una imagen de contraste suficientemente alto. Al girar los tornillos de ajuste del espejo, puede cambiar el ancho de las rayas; es obvio que las rayas demasiado estrechas son problemáticas de observar. Cuanto mejor esté alineado el interferómetro, más amplias serán las franjas. Sin embargo, como ya he mencionado, la más mínima desviación de los espejos provoca una desalineación y, por lo tanto, las líneas se vuelven demasiado estrechas e indistinguibles. La sensibilidad del interferómetro resultante a las deformaciones y vibraciones es enorme: basta con presionar la base de la placa en cualquier lugar y las líneas comienzan a moverse. Incluso los pasos en una habitación hacen que las líneas se muevan.
Sin embargo, la interferencia de la luz láser coherente aún no es lo que se necesita para que funcione un espectrómetro de Fourier. Dicho espectrómetro debería funcionar con cualquier fuente de luz, incluida la blanca. La longitud de coherencia de la luz blanca es de aproximadamente 1 micra.
Para los diodos emisores de luz, este valor puede ser mayor: varias decenas de micrómetros. El interferómetro forma un patrón de interferencia solo cuando la diferencia en la trayectoria de los haces de luz entre cada uno de los espejos y el divisor de haz es menor que la longitud de coherencia de radiación. Para un láser, incluso uno de semiconductores, es grande, más de unos pocos milímetros, por lo que la interferencia se produce inmediatamente después de alinear los espejos. Pero incluso desde el LED, es mucho más difícil obtener interferencias: al mover el espejo en la dirección longitudinal con un tornillo micrométrico, debe asegurarse de que la diferencia en la trayectoria de los rayos caiga en el rango de micrones deseado.
Sin embargo, como ya dije, al moverse, especialmente lo suficientemente grande (cientos de micrones), debido a una mecánica de la etapa de calidad insuficiente, el espejo puede girar ligeramente, lo que lleva al hecho de que las condiciones para observar la interferencia desaparecen. Por lo tanto, a menudo es necesario reinstalar el láser en lugar del LED y corregir la alineación del espejo con tornillos.
Al final, después de media hora de intentarlo, cuando ya parecía que no era nada realista, logré sacar la interferencia de luz del LED.
Como resultó un poco más tarde, en lugar de observar la interferencia a través de un trozo de papel a la salida del cubo, es mejor instalar una película mate frente al cubo; así es como resulta fuente de luz extendida... Como resultado, la interferencia se puede observar directamente con los ojos, lo que simplifica enormemente la observación.
Resultó así (puedes ver el reflejo del cubo en el prisma):
Luego, logramos obtener interferencia en la luz blanca de una linterna LED (la foto muestra una película mate, está frente a la cámara y puede ver un punto de luz tenue de la linterna):
Si toca alguno de los espejos, las líneas comienzan a moverse y se desvanecen hasta desaparecer por completo. El período de las líneas depende de la longitud de onda de la radiación, como se muestra en la imagen sintetizada que se encuentra en Internet:
Ahora que el interferómetro está hecho, necesitamos hacer un ensamblaje de espejo móvil para reemplazar el de prueba. Inicialmente, planeé simplemente pegar un pequeño espejo al altavoz y aplicarle corriente para cambiar la posición del espejo. El resultado es la siguiente construcción:
Después de la instalación, que requirió una nueva alineación del espejo fijo, resultó que el espejo se balancea demasiado en el difusor del altavoz y lo deforma un poco cuando se aplica corriente a través del altavoz. Sin embargo, al cambiar la corriente a través del altavoz, fue posible mover suavemente el espejo.
Por lo tanto, decidí hacer el diseño más robusto, usando un mecanismo que se usa en algunos espectrómetros: un paralelogramo de resorte. El diseño está claro en la foto:
La unidad resultante resultó ser mucho más fuerte que la anterior, aunque la rigidez de los resortes de la placa de metal resultó algo alta.
A la izquierda hay un tablero de madera prensada con un orificio de diafragma. Protege el espectrómetro de la luz externa.
Se instala una lente de colimación entre el orificio y el cubo divisor del haz, pegada al marco de metal:
Un soporte de plástico especial es visible en el marco, en el que puede insertar una película mate (ubicada en la esquina inferior derecha).
Lente instalada para fotodetector. Se instala un pequeño espejo con una montura giratoria entre la lente y el cubo. Reemplaza el prisma utilizado anteriormente. La foto al principio del artículo fue tomada por él. Cuando el espejo se gira a la posición de observación, se superpone a la lente y el registro del espectrograma se vuelve imposible. En este caso, es necesario dejar de enviar una señal al altavoz del espejo móvil; debido a oscilaciones demasiado rápidas, las líneas no son visibles para el ojo.
Otra tabla de un eje es visible en el centro inferior. Inicialmente, se le colocó un fotosensor, pero la mesa no dio ninguna ventaja especial, y luego lo quité.
Instalé una lente de enfoque de la cámara en el frente:
Para simplificar la alineación y la prueba del espectrómetro, instalé un fotodiodo rojo cerca del diafragma.
El diodo está montado en un soporte giratorio especial, de modo que se puede utilizar como fuente de radiación de prueba para un espectrómetro, mientras que el flujo de luz del objetivo está bloqueado. El LED está controlado por un interruptor instalado debajo del soporte.
Ahora vale la pena contar un poco más sobre los sensores fotográficos. Originalmente, se planeó usar solo un fotodiodo de silicio común. Sin embargo, los primeros intentos de hacer un amplificador de alta calidad para el fotodiodo resultaron un fracaso, así que decidí usar el fotosensor OPT101, que ya contiene un amplificador con un factor de conversión de 1,000,000 (1 μA -\u003e 1V).
Este sensor funcionó bastante bien, especialmente después de que quité la mesa mencionada y ajusté la altura del sensor con precisión.
Sin embargo, un fotodiodo de silicio solo puede recibir radiación en el rango de longitud de onda de 400-1100 nm.
Las líneas de absorción de diversas sustancias generalmente se encuentran más lejos y se necesita un diodo diferente para detectarlas.
Hay varios tipos de fotodiodos disponibles para aplicaciones NIR. Para un dispositivo casero simple, los fotodiodos de germanio son los más adecuados, capaces de recibir radiación en el rango de 600 a 1700 nm. Estos diodos se produjeron en la URSS, por lo que son relativamente baratos y asequibles.
Sensibilidad del fotodiodo:
Logré conseguir los fotodiodos FD-3A y FD-9E111. En el espectrómetro, usé el segundo, tiene una sensibilidad ligeramente más alta. Para este fotodiodo, todavía teníamos que montar un amplificador. Se fabrica utilizando el amplificador operacional TL072. Para que el amplificador funcione, era necesario suministrarle un voltaje de polaridad negativa. Para obtener este voltaje, utilicé un convertidor CC-CC listo para usar con aislamiento galvánico.
Foto de un fotodiodo con un amplificador:
El haz de luz del interferómetro debe enfocarse en ambos fotodiodos. Se podría usar un divisor de haz para separar la luz de la lente, pero esto atenuaría las señales de los diodos. Por lo tanto, después de la lente, se instaló otro espejo giratorio, con el que se puede dirigir la luz al diodo deseado. El resultado es el siguiente conjunto de fotosensores:
En el centro de la foto está la lente, encima está el láser del canal de referencia. El láser es el mismo que en el telémetro, tomado de la unidad de DVD. El láser comienza a formar radiación coherente de alta calidad solo a una determinada corriente. En este caso, la potencia de radiación es bastante alta. Por lo tanto, para limitar la potencia del rayo, tuve que cubrir la lente láser con un filtro de luz. A la derecha, hay un sensor en OPT101, en la parte inferior: un fotodiodo de germanio con un amplificador.
En el canal de referencia para recibir radiación láser, se utiliza un fotodiodo FD-263, cuya señal es amplificada por un amplificador operacional LM358. En este canal, el nivel de la señal es muy alto, por lo que la ganancia es 2.
El resultado es la siguiente construcción:
Debajo del soporte del LED de prueba hay un pequeño prisma que dirige el rayo láser hacia el fotodiodo del canal de referencia.
Un ejemplo de un oscilograma obtenido de un espectrómetro (un LED blanco sirve como fuente de radiación): 
La línea amarilla es la señal que se envía al altavoz de espejo móvil, la línea azul es la señal del OPT101, la línea roja es el resultado de la transformada de Fourier realizada por el osciloscopio.
Parte del software
Sin procesamiento de software, el espectrómetro de Fourier es imposible: es en la computadora donde se lleva a cabo la transformada de Fourier inversa, que convierte el interferograma recibido del espectrómetro en el espectro de la señal original.En mi caso, el hecho de que yo controle el espejo con una señal sinusoidal crea una dificultad particular. Debido a esto, el espejo también se mueve de manera sinusoidal, lo que significa que su velocidad cambia constantemente. Resulta que la señal de la salida del interferómetro resulta estar modulada en frecuencia. Por tanto, el programa también debe corregir la frecuencia de la señal procesada.
Todo el programa está escrito en C #. El trabajo con sonido se realiza mediante la biblioteca NAudio. El programa no solo procesa la señal del espectrómetro, sino que también genera una señal sinusoidal con una frecuencia de 20 Hz para controlar el espejo móvil. Las frecuencias más altas se transmiten peor por la mecánica del espejo móvil.
El proceso de procesamiento de la señal se puede dividir en varias etapas y los resultados del procesamiento de la señal en el programa se pueden ver en pestañas separadas.
Primero, el programa recibe una matriz de datos de la tarjeta de audio. Esta matriz contiene datos de los canales principal y de referencia:
Arriba - la señal de referencia, abajo - la señal de uno de los fotodiodos en la salida del interferómetro. En este caso, se utiliza un LED verde como fuente de señal.
El procesamiento de la señal de referencia resultó ser bastante difícil. Hay que buscar los mínimos y máximos locales de la señal (marcados en el gráfico con puntos de colores), calcular la velocidad del espejo (curva naranja) y buscar puntos de velocidad mínima (marcados con puntos negros). La simetría de la señal de referencia es importante para estos puntos, por lo que no siempre coinciden exactamente con la velocidad mínima real.
Uno de los mínimos de velocidad encontrados se toma como origen del interferograma (marcado con una línea vertical roja). Además, se distingue un período de oscilación del espejo:
El número de períodos de oscilación de la señal de referencia en una pasada del espejo (entre los dos puntos negros en la captura de pantalla de arriba) se indica a la derecha: "PERÍODOS DE REF: 68". Como ya mencioné, el interferograma resultante está modulado en frecuencia y debe corregirse. Para la corrección, utilicé datos sobre el período actual de fluctuaciones de la señal en el canal de referencia. La corrección se realiza interpolando la señal utilizando el método spline cúbico. El resultado es visible a continuación (solo se muestra la mitad del interferograma):
Se obtiene el interferograma, ahora se puede realizar la transformada inversa de Fourier. Se realiza utilizando la biblioteca FFTW. Resultado de conversión:
Como resultado de esta transformación, se obtiene el espectro de la señal original en el dominio de la frecuencia. En la captura de pantalla, se convierte a centímetros inversos (CM ^ -1), que se utilizan a menudo en espectroscopia. Pero todavía estoy más acostumbrado a la escala en longitudes de onda, por lo que el espectro debe recalcularse:
Se puede ver que la resolución del espectrómetro disminuye al aumentar la longitud de onda. Puede mejorar ligeramente la forma del espectro agregando ceros al final del interferograma, lo que equivale a realizar una interpolación después de realizar la transformación.
Ejemplos de los espectros obtenidos
Radiación láser:A la izquierda, la corriente nominal se aplica al láser, a la derecha, una corriente mucho más baja. Como puede verse, al disminuir la corriente, disminuye la coherencia de la radiación láser y aumenta el ancho del espectro.
Las fuentes utilizadas fueron: diodo "ultravioleta", diodos azul, amarillo, blanco y dos diodos IR con distintas longitudes de onda.
Espectros de transmisión de algunos filtros de luz:
Los espectros de emisión se muestran después de los filtros de interferencia, tomados del densitómetro. En la esquina inferior derecha, el espectro de radiación después del filtro IR, tomado de la cámara. Vale la pena señalar que estas no son las transmitancias de estos filtros; para medir la curva de transmisión del filtro, debe tener en cuenta la forma del espectro de la fuente de luz; en mi caso, es una lámpara incandescente. Con una lámpara de este tipo, el espectrómetro tenía ciertos problemas: resultó que los espectros de las fuentes de luz de banda ancha se obtienen de alguna manera de manera torpe. No he podido averiguar con qué está conectado esto. Quizás el problema esté relacionado con el movimiento no lineal del espejo, posiblemente, con la dispersión de la radiación en el cubo, o la mala corrección de la sensibilidad espectral desigual del fotodiodo.
Y aquí está el espectro de emisión resultante de la lámpara:
Los dientes del espectro de la derecha son una característica del algoritmo que compensa la sensibilidad espectral desigual del fotodiodo.
Idealmente, el espectro debería verse así:
Al probar el espectrómetro, uno no puede evitar mirar el espectro de una lámpara fluorescente: tiene una forma característica de "rayas". Sin embargo, al registrar el espectro con un espectrómetro de Fourier del espectro de una lámpara convencional de 220 V, surge un problema: la lámpara parpadea. Sin embargo, la transformada de Fourier permite separar las oscilaciones de mayor frecuencia (unidades de kHz), dadas por la interferencia, de las de baja frecuencia (100 Hz), dadas por la red:
El espectro de una lámpara fluorescente obtenido por un espectrómetro industrial:
Todos los espectros anteriores se obtuvieron utilizando un fotodiodo de silicio. Ahora daré los espectros obtenidos con un fotodiodo de germanio:
El primero es el espectro de la lámpara incandescente. Como puede ver, no es muy similar al espectro de una lámpara real (ya se indicó anteriormente).
A la derecha está el espectro de transmisión de una solución de sulfato de cobre. Curiosamente, no transmite radiación infrarroja. Un pequeño pico a 650 nm está asociado con la re-reflexión de la radiación láser desde el canal de referencia a la base.
Así es como se filmó el espectro:
A continuación se muestra el espectro de transmisión de agua, a la derecha hay un gráfico del espectro de transmisión de agua real.
A continuación están los espectros de transmisión de acetona, solución de cloruro férrico, alcohol isopropílico.
Finalmente, daré los espectros de radiación solar obtenidos por fotodiodos de silicio y germanio:
La forma desigual del espectro está asociada con la absorción de la radiación solar por sustancias contenidas en la atmósfera. A la derecha está la forma del espectro real. La forma del espectro obtenido por el fotodiodo de germanio difiere notablemente del espectro real, aunque las líneas de absorción están en su lugar.
Por lo tanto, a pesar de todos los problemas, todavía logré obtener la interferencia de la luz blanca en casa y hacer un espectrómetro de Fourier. Como puede ver, no está exento de inconvenientes: los espectros se obtienen con varias curvas, la resolución es incluso peor que la de algunos espectrómetros caseros con una rejilla de difracción (esto se debe principalmente a la cámara lenta del espejo en movimiento) . Sin embargo, ¡funciona!
Friends se acerca el viernes por la noche, este es un momento íntimo maravilloso en el que, al amparo de un crepúsculo seductor, puedes alcanzar tu espectrómetro y medir el espectro de una lámpara incandescente hasta los primeros rayos del sol naciente, y cuando sale el sol, medir su espectro.
¿Cómo es que todavía no tienes tu propio espectrómetro? No importa, vayamos debajo del gato y corrijamos este malentendido.
¡Atención! Este artículo no pretende ser un tutorial completo, pero quizás dentro de los 20 minutos posteriores a su lectura, ampliará su primer espectro de radiación.
Hombre y espectroscopio
Te lo diré en el orden en que pasé por todas las etapas, se podría decir de peor a mejor. Si alguien está apuntando a un resultado más o menos serio de una vez, entonces la mitad del artículo se puede omitir con seguridad. Bueno, las personas con manos torcidas (como las mías) y simplemente curiosas estarán interesadas en leer sobre mis ordalías desde el principio.Hay suficientes materiales en Internet sobre cómo ensamblar un espectrómetro / espectroscopio con sus propias manos a partir de materiales de desecho.
Para adquirir un espectroscopio en casa, en el caso más simple, no necesitará mucho: un CD / DVD en blanco y una caja.
En mis primeros experimentos en el estudio del espectro, este material me impulsó: espectroscopía
En realidad, gracias a los desarrollos del autor, armé mi primer espectroscopio a partir de una rejilla de difracción transmisiva de un disco DVD y una caja de cartón de té, e incluso antes, un trozo de cartón denso con una ranura y una rejilla transmisiva de un DVD. disco fue suficiente para mí.
No puedo decir que los resultados fueron impresionantes, pero los primeros espectros se obtuvieron por completo, fotos guardadas milagrosamente del proceso debajo del spoiler
Foto de espectroscopios y espectro.
La primera opción con un trozo de cartón. 
La segunda opción con una caja de té. 
Y el espectro capturado
Lo único para mi conveniencia, modificó este diseño con una cámara de video USB, resultó así:
espectrómetro de fotos
Debo decir de inmediato que esta modificación me salvó de la necesidad de usar la cámara de un teléfono móvil, pero hubo un inconveniente, la cámara no se pudo calibrar a la configuración del servicio Spectral Worckbench (que se discutirá a continuación). Por lo tanto, no pude capturar el espectro en tiempo real, pero pude reconocer completamente las fotografías ya recopiladas.
Entonces, digamos que compró o ensambló un espectroscopio de acuerdo con las instrucciones anteriores.
Después de eso, cree una cuenta en el proyecto PublicLab.org y vaya a la página de servicio SpectralWorkbench.org A continuación, le describiré la técnica de reconocimiento de espectro que utilicé yo mismo.
Para empezar, necesitaremos calibrar nuestro espectrómetro. Para hacer esto, necesitará tomar una instantánea del espectro de una lámpara fluorescente, preferiblemente una lámpara de techo grande, pero una lámpara de ahorro de energía también es adecuada.
1) Presione el botón Capturar espectros
2) Cargar imagen
3) Complete los campos, seleccione un archivo, seleccione una nueva calibración, seleccione un dispositivo (puede seleccionar un mini espectroscopio o simplemente personalizado), seleccione qué espectro tiene, vertical u horizontal, para que los espectros en la captura de pantalla de la anterior el programa es claro - horizontal
4) Se abrirá una ventana con gráficos.
5) Comprobando cómo se rota su espectro. Debe haber un rango azul a la izquierda y rojo a la derecha. Si este no es el caso, seleccione el botón más herramientas - voltear horizontalmente, después de lo cual vemos que la imagen ha girado pero el gráfico no, así que presione más herramientas - vuelva a extraer de la foto, todos los picos nuevamente corresponden al real picos.
6) Presione el botón Calibrar, presione comenzar, seleccione el pico azul directamente en el gráfico (ver captura de pantalla), presione LMB y la ventana emergente se abre nuevamente, ahora debemos presionar finalizar y seleccionar el pico verde extremo, después de lo cual el La página se actualizará y obtendremos la imagen calibrada por longitudes de onda.
Ahora puede completar otros espectros investigados, cuando solicite una calibración, debe especificar el gráfico que ya hemos calibrado.
Captura de pantalla
Tipo de programa configurado 
¡Atención! La calibración asume que posteriormente tomará fotografías con el mismo aparato que calibró el cambio en el aparato de resolución de imagen, un cambio fuerte del espectro en la foto con respecto a la posición en el ejemplo calibrado puede distorsionar los resultados de la medición.
Honestamente, corrigí ligeramente mis imágenes en el editor. Si hubo un destello, oscureció el entorno, a veces giré un poco el espectro para obtener una imagen rectangular, pero una vez más repito el tamaño del archivo y la posición del espectro en sí en relación con el centro de la imagen, es mejor no hacerlo. cambio.
Con el resto de funciones, como macros, ajuste automático o manual de brillo, te sugiero que lo averigües tú mismo, en mi opinión no son tan críticas.
Los gráficos resultantes se pueden transferir convenientemente a CSV, mientras que el primer número será una longitud de onda fraccionaria (probablemente fraccionaria) y el valor relativo promedio de la intensidad de la radiación estará separado por una coma. Los valores obtenidos se ven bien en forma de gráficos construidos, por ejemplo, en Scilab
SpectralWorkbench.org tiene aplicaciones para teléfonos inteligentes. Yo no los he usado. por lo tanto, no puedo evaluar.
Que tengas un día colorido con todos los colores de los amigos del arco iris.
UPD: A pedido de DrZugrik, también escribiré que la opción con el equipo SpectralWorckbench es una de las más presupuestarias, puede costar 500 unidades perpetuamente convencionales.
En artículos anteriores he descrito cómo probé varios LED de plantas. Para analizar el espectro, tomé de un profesor de física que conozco.
Pero la necesidad de tal dispositivo aparece periódicamente y sería deseable tener un espectroscopio, o mejor aún, un espectrómetro a mano.
Mi elección es un espectroscopio de rejilla para joyería.
Alguna vez fue una cosa para los joyeros, el juego incluía un estuche de "cuero"
Las dimensiones del espectroscopio son pequeñas.
¿Qué más quedó claro de la descripción de la tienda?
Todo está ensamblado herméticamente, por lo que no habrá desmembramiento.
Creemos también que hay una lente-objetivo en un lado del tubo y una rejilla de difracción y un vidrio protector en el otro.
Y adentro hay un hermoso arco iris. Habiéndolo admirado al contenido de su corazón, comenzó a buscar qué mirar en el espectro.
Desafortunadamente, no fue posible usar el espectroscopio para el propósito previsto, ya que toda mi colección de diamantes y piedras preciosas se limitaba a un anillo de bodas, que es completamente opaco y no da ningún espectro. Bueno, tal vez en la llama del quemador))).
Pero la lámpara fluorescente de mercurio honestamente dio muchas rayas hermosas. Habiendo admirado diferentes fuentes de luz hasta el fondo de mi corazón, estaba desconcertado por la pregunta de que la imagen necesita ser arreglada de alguna manera y el espectro medido.
Un poco de bricolaje
La imagen de un accesorio de cámara dio vueltas en mi cabeza durante mucho tiempo, y debajo de la mesa había una que no se había sometido a la última modernización, pero que superó con éxito el plástico de PVC.
El diseño no es muy bonito. De todos modos, las reacciones en X e Y, no he ganado por completo. Ya no hay tornillos de bolas en el ensamblaje y están esperando que lleguen los rieles lineales de soporte.
Pero la funcionalidad resultó ser bastante aceptable para que el arcoíris se muestre en una Canon vieja, que ha estado inactiva durante mucho tiempo.
Es cierto, aquí me decepcionó. El hermoso arco iris se estaba volviendo discreto.
Toda la falla es la matriz RGB de cualquier cámara y cámara. Después de jugar con la configuración del balance de blancos y los modos de disparo, acepté la imagen.
Después de todo, la refracción de la luz no depende de con qué color fijar la imagen. Para el análisis espectral, sería adecuada una cámara en blanco y negro con la sensibilidad más uniforme en todo el ancho del rango medido.
Técnica de análisis espectral.
Mediante ensayo y error, se dibujó una técnica de este tipo.
1. Se dibuja una imagen de la escala del rango de luz visible (400-720 nm), se indican las líneas principales de mercurio para la calibración.
2. Se toman varios espectros, siempre con uno de mercurio de referencia. En una serie de encuestas, es necesario fijar la posición del espectroscopio en la lente para excluir un cambio en el espectro de la serie de imágenes horizontalmente.
3. En el editor gráfico, la escala se ajusta al espectro de mercurio y todos los demás espectros se escalan sin desplazamiento horizontal en el editor. Resulta algo como esto
4. Bueno, entonces todo se dirige al programa analizador del espectrómetro de teléfonos celulares de este artículo.
Comprobamos la técnica con un láser verde, para el que se conoce la longitud de onda - 532nm
El error resultó ser de alrededor del 1%, lo cual es muy bueno con la técnica manual de ajustar líneas de mercurio y dibujar una escala prácticamente a mano.
En el camino, aprendí que los láseres verdes no son radiación directa, como el rojo o el azul, sino que usan bombeo de diodos de estado sólido (DPSS) con un montón de emisiones secundarias. ¡Vive y aprende!
La medición de la longitud de onda del láser rojo también confirmó la exactitud del método.
Por interés, medí el espectro de la vela.
y quema de gas natural
Ahora puede medir el espectro de LED, por ejemplo, "espectro completo" para plantas.
El espectrómetro está listo y funcionando. Ahora lo usaré para preparar la siguiente revisión: una comparación de las características de los LED de diferentes fabricantes, si los chinos nos están engañando y cómo tomar la decisión correcta.
En resumen, estoy satisfecho con el resultado. Tal vez tenía sentido conectar el espectroscopio a una cámara web para la medición continua del espectro, como en este proyecto.
Prueba de espectrómetro por mi asistente
Asegúrese de ver el video en los canales. (hay listas de reproducción temáticas):
https://www.youtube.com/channel/UCn5qLf1n8NS-kd7MAatofHw
https://www.youtube.com/channel/UCoE9-mQgO6uRPBQ9lsPZXxA
Por favor, ayude a ganar 1000 suscriptores en el primer canal y al menos 4000 horas de vistas durante el último año en cada uno de ellos, para esto, ¡vea al menos un video completo!
Esta hermosa imagen es una fotografía del espectro de luz e infrarrojos emitidos por lámpara de sodio de alta presión NLVD tipo DNaT (Tubular de arco de sodio). Para ver y fotografiar varios espectros, basta con tener una cámara digital y un CD-R o DVD-R especialmente preparado. Este último subestima el brillo, especialmente del rojo. CD-R reduce el brillo del azul y produce una resolución más baja. La primera foto se tomó mediante DVD-R.
Las dos líneas amarillas son el doblete de sodio con longitudes de onda de 588,995 y 589,5924 nm. El segundo doblete es infrarrojo de 818,3 y 819,4 nm.
Gráfico de espectro.
Ahora unas palabras sobre la preparación de discos. Se debe cortar una parte del disco para cubrir completamente la lente.
En la foto, el DVD-R es morado. Nosotros necesitamos rejilla de difracción transparente, por lo tanto, en el CD-R pegamos una cinta adhesiva ancha del lado de las inscripciones. Lo arrancamos y junto con la cinta adhesiva se retira la tapa del disco. Con DVD-R, es aún más fácil, la pieza cortada se divide fácilmente en dos partes, una de las cuales necesitamos.
Ahora, usando cinta de doble cara, debe pegar la rejilla de difracción a la lente, como en la foto de abajo. Debe pegar en el lado opuesto al del cual se arrancó la capa, porque la superficie debajo de la capa se contamina fácilmente con la lente y, después de limpiar, la calidad de imagen del espectro será peor.
El resultado es el espectroscopio más simple, más adecuado para estudiar fuentes de luz desde cierta distancia.
Si queremos explorar no solo el espectro visible, sino también el infrarrojo, y en algunos casos el ultravioleta, entonces es necesario quitar el filtro de la cámara que bloquea los rayos IR. se debe notar que parte del espectro de infrarrojos y rayos ultravioleta es visible a simple vista a una intensidad de radiación suficientemente alta (puntos láser de 780 y 808 nm, un cristal LED de 940 nm en la oscuridad). Si es necesario proporcionar la misma sensación visual para las longitudes de onda de 760 nm y 555 nm, entonces el flujo de radiación para 760 nm debe ser 20.000 veces más potente. Y para 365 nm es un millón de veces más potente.
Volvamos al filtro llamado Hot Mirror, que está delante de la matriz. Debe abrir el cuerpo de la cámara, desatornillar los tornillos que sujetan la matriz a la lente, sacar el filtro y ensamblar la cámara en orden inverso. Hot Mirror se ve así:
2 filtros izquierdos de cámaras. Tienen un brillo rosado y el color turquesa aparece en un ángulo diferente. Además de los IR, también pueden bloquear parcial o completamente los rayos ultravioleta. Por lo tanto, su eliminación abre oportunidades no solo para la fotografía infrarroja, sino también ultravioleta, si la óptica y la matriz de la cámara lo permiten. Para la fotografía UV, se utilizan filtros de paso UV para bloquear la luz visible.
Ahora pasamos al proceso mismo de fotografiar los espectros. La habitación debe estar oscura, además, puedes usar una pantalla negra cerca de la cámara, una fuente de luz puntual o de rendija que ilumine mínimamente la habitación. Al encender la cámara, veremos la siguiente imagen usando el ejemplo de un láser de 405 nm, brillando a través de una rendija estrecha entre dos palas:
El punto central es el láser mismo. Dos líneas son su espectro. Puedes usar cualquiera de ellos. Para hacer esto, debe encender la cámara y acercar. Si seguimos moviendo la cámara, veremos varias otras líneas de la segunda, tercera, etc. órdenes del espectro. En algunos casos, interferirán, por ejemplo, la línea verde de segundo orden se superpondrá a la línea infrarroja de 1064 nm. Esto ocurre en el espectro de un láser verde, a menos que se instale un filtro de corte IR. Está en la parte inferior derecha de la foto de filtro. Para eliminar la superposición, utilicé un filtro rojo. Foto de este ejemplo con longitudes de onda firmadas:
Como puede ver, la línea verde de segundo orden cubría completamente la línea de 1064 nm. Y la siguiente foto es con luz verde bloqueada, donde solo quedan dos líneas IR, 808 nm y 1064 nm. No firmé desde entonces. la ubicación es idéntica a la foto anterior.
A partir de la imagen, donde hay una fuente de radiación, una longitud de onda conocida y varias incógnitas, se pueden identificar fácilmente. Por ejemplo, abra una foto con subtítulos en Photoshop. A través de herramienta regla mida la distancia desde el láser a la línea 532. Es igual a 1876 píxeles. Medimos la distancia del láser a la línea, cuya longitud de onda queremos saber, hasta 808. La distancia es 2815 p. Consideramos 532 * 2815/1876 \u003d 798 nm. La inexactitud ocurre debido a la distorsión de la óptica de la lente. A la máxima aproximación óptica, el error disminuye. También se notó que el láser de 808 nm emite una longitud de onda más corta, alrededor de 802 nm, y su longitud de onda disminuye al disminuir la corriente de suministro.
Y sin una fuente de radiación, la foto se puede determinar conociendo las otras dos longitudes de onda. Medimos la longitud de la línea 532 a 1064, hay 1901 p. De 532 a 808, obtenemos 939 p. Consideramos (1064-532) / 1901 * 939 + 532 \u003d 795 nm.
Pero la forma más sencilla es comparar una fotografía con dos líneas conocidas con escala... En este caso, nada no es necesario contar.
Más lejos espectro de lámpara incandescente, que es muy similar al espectro del Sol, pero no contiene Líneas Fraunhofer... Curiosamente, la cámara muestra radiación infrarroja de hasta 800 nm en forma de naranja, y más de 800 nm parece violeta.
Espectro de LED blanco también es continuo, pero tiene una caída frente a la región verde y un pico en la región azul de 450-460nm, que es causado por el uso de un LED azul correspondiente cubierto con un fósforo amarillo. Cuanto mayor sea la temperatura de color del LED, mayor será el pico azul. Carece de rayos ultravioleta e infrarrojos, que estaban presentes en el espectro de una lámpara incandescente.
Y aquí espectro de lámpara de cátodo frío de la luz de fondo del monitor. Es lineal y se repite exactamente espectro de lámpara fluorescente... La porción IR del espectro se toma de las lámparas fluorescentes compactas para obtener una mejor calidad de imagen.
Ahora ve a luz ultravioleta negrao, como también se le llama, lámpara de Wood. Emite luz ultravioleta suave de longitud de onda larga. La foto resultó así:
Espectro infrarrojo para lámparas fluorescentes, CCFL, Wood es casi lo mismo. Solo este último carece de varias líneas que están más cerca del rango visible. Los rayos infrarrojos se emiten con mayor intensidad desde las partes de las lámparas donde se encuentran los filamentos. La foto fue tomada a través de un espectroscopio de papel, más sobre lo que a continuación.
Espectroscopio de papel.
Tal espectroscopio es muy adecuado para ver el espectro con el ojo. También se puede utilizar con diferentes cámaras, como un teléfono. Hay dos variedades.
2. Opera sobre la reflexión de una rejilla de difracción. Es posible no delaminar los discos, pero luego aparecerán duplicados pálidos junto a las líneas brillantes de los láseres, debido a re-reflejos dentro del disco, que no deberían estar en el espectro. Es muy difícil transferir la capa de CD brillante a otra superficie para mantenerla igual de suave. Por lo tanto, debe utilizar un CD que tenga la misma superficie iridiscente en ambos lados. Desde el lado donde hay inscripciones en discos ordinarios, debe rasgar la capa transparente con cinta adhesiva. Es importante que la capa brillante permanezca en el disco. Logré hacer esto con la mitad del disco (de borde a centro), esto fue suficiente para el espectroscopio. Si no arranca la capa transparente, el espectro uniforme aparecerá discontinuo con rayas oscuras alternas.
Pegado al espectroscopio anillo adicional, con el que se sujeta en la lente de la cámara. Entre la fuente de luz y el espectroscopio, se recomienda colocar película mate o prisma con dos bordes mate como se muestra para una mejor distribución de la luz. La parte interior del espectroscopio está hecha de papel negro sin brillo, la segunda capa es de aluminio y en la parte superior hay papel normal en el que se imprime el dibujo. El lado por donde entra la luz se puede pintar de negro para que la radiación ultravioleta y violeta no haga que el papel brille en blanco, distorsionando la imagen.
Con la ayuda de este espectroscopio, fue posible fotografiar de manera clara y vívida espectro de luz indicadora de neón... Se utilizan para iluminar interruptores, en indicadores del funcionamiento de hervidores, estufas y otros dispositivos.
No solo los láseres producen una delgada línea del espectro. Si el alambre se sumerge en una solución de sal de NaCl y luego se lleva al fuego de un quemador turbo de gas o un encendedor, entonces resplandor amarillo con longitudes de onda de 588.995 y 589.5924 nm.
Algunos encendedores turbo tienen una placa de litio. Colorea la llama en rojo con línea de 670,78 nm.
A continuación se muestra una foto de estas líneas espectrales junto con las líneas láser: verde 532 nm, rojo 663 nm, infrarrojo 780 nm y 808 nm.
Es conveniente utilizar la luz amarilla anterior para determinar el período de la rejilla de difracción en ausencia de un láser, y calcular la longitud de onda de las fuentes de luz... El dispositivo más simple de la figura siguiente consta de dos reglas, en una de las cuales se fija una rejilla de difracción y una ranura estrecha de dos palas se eleva sobre la otra. Se utilizan las distancias en milímetros desde la rejilla de difracción hasta la pantalla (regla) con rendija y desde la rendija (máximo del orden cero) hasta el máximo del primer orden. En la primera figura, debe mirar a través de una rejilla de difracción una fuente de luz con una longitud de onda conocida. Por lo tanto, puede calcular el período de la rejilla de difracción mediante la fórmula debajo de esta imagen, y luego, de la misma manera, puede determinar la longitud de onda, pero usando la fórmula debajo de la segunda figura. Muestra la determinación de la longitud de onda del láser de una manera ligeramente diferente: el láser brilla a través de una rejilla de difracción sobre una regla. En este caso, el espacio no es necesario. Usé una rejilla de difracción del accesorio Starry Sky que venía con el puntero láser. Hay dos rejillas, pero se desmontó la boquilla y se extrajo una rejilla. La rejilla de difracción de CD no encajaba en absoluto, porque dio un gran error de 100 nm.
La siguiente foto de una fuente de luz rara es un rayo. El espectro entra en el rango de UV hasta aproximadamente 373 nm, que es el límite para esta cámara.
El espectro de una lámpara de descarga blanca que ilumina un campo de fútbol.
