Profesor kimia Alexander Scheeline di University of Illinois membuat spektrometer dari ponsel untuk memikat siswa dengan kimia analitik.
Profesor merakit alat ilmiah dasar ahli kimia dari bahan murah dan kamera digital. Spektrofotometri adalah salah satu cara yang paling banyak digunakan untuk mengidentifikasi dan mengukur bahan. Jika, misalnya, Anda perlu mengukur jumlah protein dalam daging, air dalam biji-bijian, atau zat besi dalam darah, yang Anda butuhkan spektrometer.
Seorang siswa tidak dapat mengevaluasi kinerja spektrofotometri jika dia menggunakan "kotak" misterius dari spektrometer laboratorium. Dia tidak mengerti apa yang terjadi di dalam dan hanya mengubah sampel dan mencatat hasilnya, - jelas Alexander Shchilin. - Itu tidak membantu proses pendidikan. Jika Anda ingin mengajari seseorang untuk menggunakan alat secara kreatif dan meningkatkannya, Anda memerlukan sesuatu yang lebih sederhana dan lebih jelas. "
Angka: 1. Ini semua yang Anda butuhkan untuk membuat spektrometer.
Jika Anda ingin menarik perhatian pada kekurangan instrumen, akan lebih mudah jika kekurangan ini sangat besar dan tidak diimbangi dengan kompleksitas perangkat dan pengaturan, "jelas Alexander Shchilin.
Dalam spektrometer, cahaya putih melewati sampel bahan yang menyerap panjang gelombang cahaya tertentu. Kemudian kisi difraksi menguraikan cahaya menjadi warna, dan ahli kimia dapat menganalisis spektrum, menentukan sifat sampel.
Angka: 2. Spektrometer rakitan. LED bersinar melalui kuvet tepat di seberang jeruji, yang diamankan dengan selotip transparan.
Sebagai sumber cahaya, Profesor Shchilin menggunakan salah satunya dioda pemancar cahayadidukung oleh baterai 3 volt. Tidak sulit untuk membeli kisi difraksi dan kuvet sampel di AS, dan pada akhirnya semua peralatan berharga kurang dari $ 3. Tetap mencari kamera digital yang sesuai, dan kemudian ilmuwan tersebut ingat bahwa setiap anak sekolah dan siswa memiliki telepon genggam. Setelah itu, tinggal menyelesaikan masalah pemrosesan data. Untuk melakukan ini, profesor menulis program untuk menganalisis spektrum dari foto dalam format jpeg dan menaruhnya di Internet bersama dengan kode sumbernya.
Untuk pertama kalinya, Alexander Shchilin mendemonstrasikan penemuannya saat mengerjakan program pertukaran di Hanoi (Vietnam). Para siswa Vietnam tidak memiliki pengalaman dengan instrumen ilmiah, tetapi dengan antusias mulai bereksperimen dengan spektrometer ponsel.
Angka: 3. Ponsel tidak akan menggantikan spektrometer yang akurat dalam penelitian ilmiah yang serius, tetapi tidak setiap siswa memiliki uang saku $ 3.000 untuk hobi.
Di Amerika Serikat, seorang profesor menggunakan spektrometer buatan sendiri selama kelas sekolah menengahnya. Di akhir pelajaran selama 45 menit, para siswa telah mempelajari hal-hal yang sulit dipahami oleh sebagian besar siswa yang hanya menggunakan buku teks. Misalnya, seorang siswa bertanya tentang pengaruh cahaya yang tersebar pada sensitivitas kamera dan kemampuan membaca spektrum.
Seorang murid senior yang hampir tidak tahu apa-apa tentang spektrofotometri satu jam yang lalu menemukan masalah utama dari semua spektrometer, kata Alexander Shchilin. - Sejak saya mulai mengajar, saya telah mencoba menjelaskan kepada siswa saya konsep efek cahaya yang tersebar pada spektrometer dan pengaruh masalah ini terhadap kualitas peralatan. Dan tiba-tiba saya melihat bagaimana siswa itu sendiri memahami inti dari masalah ini dan menanyakan pertanyaan yang tepat kepada saya! "
Ilmuwan ini dengan senang hati berbagi penemuannya dengan guru sekolah dan profesor universitas di berbagai seminar dan menggunakan Internet. Ia berharap penemuannya ini dapat ditingkatkan, misalnya akan menulis program pengolah gambar untuk smartphone, yang akan menghilangkan kebutuhan untuk menggunakan komputer. Spektrometer ponsel dapat memikat banyak orang dengan kimia analitik, yang bagi banyak orang tampaknya merupakan ilmu yang kompleks dan tidak dapat dipahami. Namun, penemuan Alexander Shchilin menunjukkan bahwa keingintahuan bawaan seseorang dapat dengan mudah dibangunkan - itu cukup untuk menawarkan eksperimen kreatif yang sederhana, dapat dimengerti dan menarik.
Suatu kali saya membaca artikel di Wikipedia tentang spektrometer Fourier, dan saya ingin membuatnya sendiri. Tugas ini sama sekali tidak sederhana, tetapi kami berhasil membuat model kerja spektrometer. Saya akan segera memperingatkan Anda - ini bukan spektrometer inframerah, jadi mereka tidak akan membuat pengukuran yang sangat menarik.
Tentang bagaimana spektrometer Fourier bekerja, dan bagaimana itu dapat dibuat di rumah - lebih jauh (hati-hati, banyak gambar!).
Sedikit teori
Untuk berjaga-jaga - kita akan berbicara tentang spektrometer optik.Saya akan mencoba untuk tidak mendalami teori spektrometer, meskipun topik ini sangat luas.
Jenis spektrometer yang paling umum adalah spektrometer dengan elemen dispersif, yang mampu mendistribusikan radiasi dengan panjang gelombang yang berbeda di ruang angkasa. Kisi-kisi difraksi dan prisma adalah contoh dari elemen-elemen tersebut.
Diagram spektrometer yang disederhanakan dengan kisi difraksi semitransparan: 
Dalam diagram: 1 - celah masuk, 2 - lensa collimating, 3 - kisi difraksi, 4 - lensa fokus, 5 - bidang gambar (bidang photodetector).
Radiasi yang diselidiki melewati celah masuk, diubah oleh tujuan 2 menjadi berkas cahaya paralel, yang jatuh pada kisi difraksi. Kisi-kisi tersebut menghasilkan pemisahan spasial dari pancaran sinar ini - radiasi dengan panjang gelombang berbeda mulai merambat pada sudut yang berbeda. Lensa pemfokusan 5 membentuk dari berkas paralel sebuah gambar di bidang 5, yang dapat didaftarkan oleh fotodetektor (misalnya, penggaris CCD).
Jenis spektrometer ini relatif sederhana, tetapi memiliki kekurangan.
Salah satu parameter yang mempengaruhi resolusi spektral spektrometer adalah lebar celah - semakin kecil, semakin baik resolusinya. Namun, seiring dengan berkurangnya ukuran celah, iluminasi fotodetektor berkurang, yang mempersulit perolehan spektrum. Karena cahaya didistribusikan di atas bidang gambar, iluminasi gambar turun.
Prisma, meskipun mudah dibuat dan digunakan, tidak mampu memberikan resolusi spektral tinggi. Kelemahan lainnya adalah mereka hanya dapat bekerja dalam rentang panjang gelombang tertentu yang ditentukan oleh bahan prisma. Kacamata biasa tidak mampu memancarkan radiasi dengan panjang gelombang lebih dari 3-4 mikron.
Kisi difraksi lebih sulit untuk dibuat, tetapi memberikan resolusi spektral yang jauh lebih baik. Kisi-kisi difraksi reflektif dapat digunakan dalam berbagai panjang gelombang - dari radiasi ultraviolet hingga inframerah jauh. Salah satu kelemahan kisi-kisi difraksi adalah bahwa kisi-kisi tersebut memberikan beberapa orde spektrum yang berbeda, yang dapat merusak interferogram. Untuk menghilangkannya, seseorang harus menggunakan filter cahaya yang membatasi spektrum radiasi pada input atau output spektrometer.
Untuk merekam spektrum dalam bidang citra spektrometer, dipasang detektor fotodetektor multi-elemen, yang memungkinkan untuk membaca seluruh spektrum radiasi dengan sangat cepat. Array CCD dan CMOS silikon yang paling umum hanya cocok untuk VIS dan NIR. Untuk mempelajari radiasi yang lebih panjang dari 1,2 mikron, diperlukan penerima yang terbuat dari bahan lain, misalnya germanium, indium gallium arsenide, atau bahkan garis mikrobolometer. Penerima multi-elemen semacam itu hanya diproduksi oleh beberapa perusahaan di dunia, harganya sangat mahal dan sulit diperoleh.
Untuk merekam spektrum, seseorang dapat menggunakan photodetectors elemen tunggal yang lebih murah (fotodioda, bolometer), tetapi dalam hal ini pemindaian gambar harus mekanis - dengan memindahkan salah satu node spektrometer. Ini secara signifikan meningkatkan waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan spektogram dan dapat mengurangi keakuratan pengukuran nilai panjang gelombang absolut.
Spektrometer Fourier menggunakan prinsip operasi yang sama sekali berbeda - ini didasarkan pada fenomena interferensi.
Di Wikipedia, menurut saya, deskripsi yang paling sederhana dan mudah dimengerti diberikan:
Elemen utama spektrometer Fourier adalah interferometer Michelson.
Misalkan kita memiliki sumber radiasi yang koheren dengan panjang gelombang tertentu. Ketika perbedaan jalur antara dua balok yang tiba di penerima sama dengan λ / 2 (yaitu, sinar yang tiba di antiphase), intensitas cahaya yang direkam oleh penerima mendekati nol. Ketika cermin kanan interferometer Michelson digerakkan, perbedaan jalur sinar berubah, dan intensitas cahaya yang direkam oleh penerima juga berubah. Jelasnya, intensitas cahaya menjadi maksimum jika perbedaan jalur pancaran sinar adalah kelipatan panjang gelombang.Ketika cermin digerakkan dengan kecepatan konstan, sinyal listrik sinusoidal akan diamati pada keluaran penerima. Selain itu, periode sinusoid tergantung pada panjang gelombang sumber, dan amplitudo pada intensitas sumber.
Sekarang bayangkan bahwa input adalah sumber yang tidak koheren. Setiap panjang gelombang dalam spektrum sumber cahaya akan memberikan sinusoidnya sendiri-sendiri pada keluaran penerima. Jadi, pada keluaran penerima, kami mendapatkan sinyal yang kompleks. Saat melakukan transformasi Fourier terbalik pada sinyal yang diterima, kami memperoleh spektrum sinyal listrik input, yang juga merupakan spektrum emisi sumber (yaitu, intensitas radiasi sumber pada panjang gelombang yang berbeda).
Skema gangguan radiasi dalam spektrometer Fourier:
Dalam diagram: 1 - sumber radiasi, pelat pemisah 2 sinar (semitransparan), cermin 3 - tetap, cermin 4 - bergerak, 5 - fotodetektor.
Tata letak spektrometer nyata agak lebih rumit:
Dalam diagram: 1 - sumber radiasi, 2,4 - optik collimating, 3 - diafragma masuk, 5 - cermin tetap, 6 - cermin bergerak, 7 - cermin drive, 8 - beam splitter, 9 - laser saluran referensi, 10 - referensi saluran photodetector, 11 - optik fokus, 12 - photodetector sinyal.
Untuk menstabilkan kecepatan pergerakan cermin bergerak, dan untuk memastikan "pengikatan" spektrometer ke nilai absolut panjang gelombang, saluran referensi dimasukkan ke dalam spektrometer, yang terdiri dari laser dan fotodetektornya (9 dan 12 pada diagram). Dalam hal ini, laser bertindak sebagai standar panjang gelombang. Spektrometer kualitas tinggi menggunakan laser gas frekuensi tunggal untuk tujuan ini. Hasilnya, akurasi pengukuran panjang gelombang menjadi sangat tinggi.
Spektrometer transformasi Fourier memiliki keunggulan lain dibandingkan spektrometer klasik.
Fitur penting dari spektrometer Fourier adalah bahwa ketika satu fotodetektor digunakan, semua elemen spektral direkam secara bersamaan, yang memberikan perolehan energi dibandingkan dengan pemindaian mekanis elemen-demi-elemen (perolehan Falgett).
Spektrometer transformasi Fourier tidak memerlukan penggunaan celah optik, yang menahan sebagian besar fluks cahaya, yang memberikan keuntungan besar dalam luminositas (penguatan Jacquinot).
Dalam spektrometer Fourier, tidak ada masalah spektrum yang tumpang tindih, seperti pada spektrometer dengan kisi-kisi difraksi, karena rentang spektrum radiasi yang diselidiki bisa sangat lebar, dan ditentukan oleh parameter fotodetektor dan pelat pemecah berkas.
Resolusi spektrometer transformasi Fourier bisa jauh lebih tinggi daripada resolusi spektrometer tradisional. Ini ditentukan oleh perbedaan perjalanan cermin bergerak Δ. Interval gelombang yang diselesaikan ditentukan oleh ekspresi: δλ \u003d λ ^ 2 / Δ
Namun, ada juga kelemahan penting - kompleksitas mekanis dan optik spektrometer yang besar. Untuk terjadinya interferensi, kedua cermin interferometer harus disejajarkan tegak lurus dengan sangat akurat. Dalam hal ini, salah satu cermin harus melakukan getaran longitudinal, tetapi tegak lurus harus dijaga dengan akurasi yang sama. Dalam spektrometer kualitas tinggi, dalam beberapa kasus, untuk mengimbangi kemiringan cermin yang dapat digerakkan selama gerakan, cermin stasioner dimiringkan menggunakan aktuator piezoelektrik. Untuk mendapatkan informasi tentang kemiringan arus, parameter berkas referensi dari laser diukur.
Praktek
Saya sama sekali tidak yakin apakah mungkin membuat spektrometer Fourier di rumah tanpa memiliki akses ke mesin yang diperlukan (seperti yang saya sebutkan, mekanik adalah bagian spektrometer yang paling sulit). Oleh karena itu, spektrometer dibangun secara bertahap.Salah satu bagian terpenting dari spektrometer adalah rakitan cermin tetap. Dialah yang perlu disesuaikan (dipindahkan dengan lancar) selama proses perakitan. Itu perlu untuk memberikan kemampuan untuk memiringkan cermin di sepanjang dua sumbu, dan secara tepat memindahkannya ke arah longitudinal (mengapa - lebih rendah), sementara cermin tidak boleh miring.
Basis rakitan cermin tetap adalah panggung sumbu tunggal dengan sekrup mikrometer. Saya sudah memiliki node ini, hanya perlu menghubungkannya bersama. Untuk koneksi bebas serangan balik, saya menggunakan penjepitan sederhana panggung ke sekrup mikrometer dengan pegas yang terletak di dalam dasar panggung.
Saya membuat ini menggunakan tiga sekrup penyetelan yang dilepaskan dari teodolit yang rusak. Pelat logam dengan cermin terpaku ditekan oleh pegas ke ujung sekrup ini, dan sekrup itu sendiri dipasang di sudut logam yang disekrup ke
meja.
Desainnya jelas dari foto:
Sekrup penyetelan cermin dan sekrup mikrometer terlihat.
Cermin itu sendiri terlihat di depan. Ini diambil dari pemindai. Ciri penting cermin adalah lapisan cermin harus berada di depan cermin, dan agar garis interferensi tidak bengkok, maka permukaan cermin harus berkualitas baik.
Lihat dari atas:
Anda dapat melihat pegas menekan meja di sekrup mikrometrik dan pengencangan pelat dengan cermin ke sudut.
Seperti yang Anda lihat dari foto, unit cermin tetap dipasang ke papan chipboard. Basis kayu dari interferometer jelas bukan solusi terbaik, tapi bermasalah untuk membuatnya dari logam di rumah.
Sekarang Anda dapat memeriksa kemungkinan mendapat interferensi di rumah - yaitu memasang interferometer. Satu cermin sudah ada, jadi cermin uji kedua dan pemecah berkas harus ditambahkan. Saya memiliki kubus pemecah balok, dan saya menggunakannya, meskipun kubus di interferometer bekerja lebih buruk daripada pelat pembagi balok - ujungnya memberikan pantulan cahaya tambahan. Hasilnya adalah konstruksi berikut:
Di salah satu sisi kubus, tidak menghadap cermin, Anda perlu mengarahkan cahaya, dan melalui sisi lainnya Anda dapat mengamati interferensi.
Setelah pemasangan, cermin tidak ditempatkan terlalu tegak lurus, dan oleh karena itu penyejajaran awal harus dilakukan. Saya melakukannya dengan dioda laser daya rendah yang terhubung ke lensa collimating dengan diameter yang cukup besar. Arus yang sangat kecil harus diterapkan pada laser - sehingga seseorang dapat melihat langsung ke kristal. Hasilnya adalah sumber cahaya titik.
Laser dipasang di depan interferometer, dan pantulannya di cermin diamati melalui kubus. Untuk memudahkan pengamatan, saya memasang prisma ke kubus, mengarahkan radiasi yang keluar dari kubus ke atas. Sekarang, memutar sekrup penyetelan cermin, Anda perlu menggabungkan dua pantulan laser yang terlihat menjadi satu.
Sayangnya, saya tidak memiliki foto dari proses ini, dan tidak terlihat sangat jelas - karena silau di dalam kubus, Anda dapat melihat banyak titik bercahaya. Semuanya menjadi lebih jelas saat Anda mulai memutar sekrup penyetel - beberapa titik mulai bergerak, dan beberapa tetap di tempatnya.
Setelah cermin disejajarkan dengan cara yang dijelaskan di atas, itu cukup untuk meningkatkan kekuatan laser - dan ini dia, interferensi! Terlihat hampir sama seperti pada foto di awal artikel. Namun, berbahaya untuk mengamati radiasi laser dengan mata Anda, jadi untuk melihat gangguannya, Anda perlu memasang semacam layar setelah kubus. Saya menggunakan selembar kertas sederhana yang melaluinya Anda dapat melihat pinggiran interferensi - kekuatan dan koherensi laser cukup untuk menciptakan gambar yang cukup kontras. Dengan memutar sekrup penyetelan cermin, Anda dapat mengubah lebar garis - jelas bahwa garis yang terlalu sempit bermasalah untuk diamati. Semakin baik interferometer sejajar, semakin lebar pinggirannya. Namun, seperti yang telah saya sebutkan, sedikit saja defleksi cermin menyebabkan ketidaksejajaran, dan karena itu, garis menjadi terlalu sempit dan tidak bisa dibedakan. Sensitivitas interferometer yang dihasilkan terhadap deformasi dan getaran sangat besar - cukup tekan papan alas di mana saja, dan garis mulai bergerak. Bahkan langkah kaki di dalam ruangan menyebabkan garis bergoyang.
Namun, interferensi sinar laser koheren belum seperti yang dibutuhkan untuk spektrometer Fourier untuk bekerja. Spektrometer semacam itu harus bekerja dengan sumber cahaya apa pun, termasuk putih. Panjang koherensi cahaya putih sekitar 1 mikron.
Untuk dioda pemancar cahaya, nilai ini bisa lebih tinggi - beberapa puluh mikrometer. Interferometer membentuk pola interferensi hanya jika perbedaan jalur berkas cahaya antara masing-masing cermin dan pemecah berkas kurang dari panjang koherensi radiasi. Untuk laser, bahkan yang semikonduktor, ukurannya besar - lebih dari beberapa milimeter, jadi interferensi terjadi segera setelah menyelaraskan cermin. Tetapi bahkan dari LED, jauh lebih sulit untuk mendapatkan gangguan - dengan menggerakkan cermin ke arah longitudinal dengan sekrup mikrometrik, Anda perlu memastikan bahwa perbedaan jalur sinar berada dalam kisaran mikron yang diinginkan.
Namun, seperti yang sudah saya katakan, ketika bergerak, terutama yang cukup besar (ratusan mikron), karena mekanisme panggung berkualitas tinggi yang tidak mencukupi, cermin dapat berputar sedikit, yang mengarah pada fakta bahwa kondisi untuk mengamati gangguan menghilang. Oleh karena itu, seringkali perlu memasang ulang laser sebagai ganti LED dan memperbaiki kesejajaran cermin dengan sekrup.
Pada akhirnya, setelah setengah jam mencoba, ketika tampaknya sama sekali tidak realistis, saya berhasil mendapatkan gangguan cahaya dari LED.
Ternyata beberapa saat kemudian, alih-alih mengamati gangguan melalui selembar kertas di pintu keluar kubus, lebih baik memasang film matte di depan kubus - begitulah ternyata sumber cahaya yang diperpanjang... Akibatnya, gangguan dapat diamati secara langsung dengan mata, yang sangat menyederhanakan pengamatan.
Ternyata seperti ini (Anda dapat melihat pantulan kubus di prisma):
Kemudian kami berhasil mendapatkan gangguan cahaya putih dari senter LED (foto menunjukkan film matte - menghadap kamera dan Anda dapat melihat titik cahaya redup dari senter):
Jika Anda menyentuh salah satu cermin, garis-garis itu mulai bergerak dan memudar sampai hilang sama sekali. Periode garis tergantung pada panjang gelombang radiasi, seperti yang ditunjukkan pada gambar hasil sintesis yang ditemukan di Internet:
Sekarang interferometer dibuat, kita perlu membuat rakitan cermin bergerak untuk menggantikan yang uji. Awalnya, saya berencana untuk merekatkan cermin kecil ke speaker, dan menerapkan arus ke sana untuk mengubah posisi cermin. Hasilnya adalah konstruksi berikut:
Setelah pemasangan, yang membutuhkan penjajaran baru dari cermin tetap, ternyata cermin terlalu banyak berayun pada speaker diffuser dan agak bengkok ketika arus dialirkan melalui speaker. Namun, dengan mengubah arus melalui speaker, dimungkinkan untuk memindahkan cermin dengan lancar.
Oleh karena itu, saya memutuskan untuk membuat desain lebih kuat, menggunakan mekanisme yang digunakan dalam beberapa spektrometer - jajaran genjang pegas. Desainnya jelas dari foto:
Unit yang dihasilkan ternyata jauh lebih kuat dari yang sebelumnya, meskipun kekakuan pegas pelat logam keluar agak tinggi.
Di sebelah kiri adalah papan hardboard dengan lubang diafragma. Melindungi spektrometer dari cahaya eksternal.
Lensa collimating dipasang di antara lubang dan kubus pemisah balok, direkatkan ke bingkai logam:
Penahan plastik khusus terlihat pada bingkai, di mana Anda dapat memasukkan film matte (terletak di sudut kanan bawah).
Lensa terpasang untuk photodetector. Cermin kecil pada dudukan putar dipasang di antara lensa dan kubus. Ini menggantikan prisma yang digunakan sebelumnya. Foto di awal artikel diambil melalui dirinya. Ketika cermin diputar ke posisi observasi, itu tumpang tindih dengan lensa, dan pendaftaran spektrogram menjadi tidak mungkin. Dalam hal ini, perlu untuk menghentikan pengiriman sinyal ke speaker cermin bergerak - karena osilasi yang terlalu cepat, garis tidak terlihat oleh mata.
Tabel satu sumbu lainnya terlihat di tengah bawah. Awalnya, sensor foto dipasang padanya, tetapi meja tidak memberikan keuntungan khusus, dan kemudian saya melepasnya.
Saya memasang lensa fokus dari kamera di depan:
Untuk menyederhanakan penyelarasan dan pengujian spektrometer, saya memasang fotodioda merah di dekat diafragma.
Dioda dipasang pada dudukan putar khusus, sehingga dapat digunakan sebagai sumber radiasi uji untuk spektrometer, sedangkan fluks cahaya dari obyektif diblok. LED dikendalikan oleh sakelar yang dipasang di bawah dudukan.
Sekarang ada baiknya menceritakan lebih banyak tentang sensor foto. Awalnya direncanakan untuk menggunakan hanya satu dioda silikon umum. Namun, upaya pertama untuk membuat penguat berkualitas tinggi untuk dioda ternyata gagal, jadi saya memutuskan untuk menggunakan fotosensor OPT101, yang sudah berisi penguat dengan faktor konversi 1.000.000 (1 μA -\u003e 1V).
Sensor ini bekerja dengan cukup baik, terutama setelah saya melepas tabel tersebut dan menyesuaikan ketinggian sensor dengan tepat.
Namun, fotodioda silikon hanya dapat menerima radiasi dalam rentang panjang gelombang 400-1100 nm.
Garis absorpsi berbagai zat biasanya terletak lebih jauh, dan dioda yang berbeda diperlukan untuk mendeteksinya.
Ada beberapa jenis fotodioda yang tersedia untuk aplikasi NIR. Untuk perangkat buatan sendiri yang sederhana, fotodioda germanium paling cocok, yang mampu menerima radiasi dalam kisaran 600 - 1700 nm. Dioda ini diproduksi kembali di Uni Soviet, sehingga harganya relatif murah dan terjangkau.
Sensitivitas fotodioda:
Saya berhasil mendapatkan dioda FD-3A dan FD-9E111. Dalam spektrometer, saya menggunakan yang kedua - ini memiliki sensitivitas yang sedikit lebih tinggi. Untuk fotodioda ini, kami masih harus merakit amplifier. Itu dibuat dengan menggunakan penguat operasional TL072. Agar penguat berfungsi, perlu untuk memasoknya dengan tegangan polaritas negatif. Untuk mendapatkan tegangan ini, saya menggunakan konverter DC-DC siap pakai dengan isolasi galvanik.
Foto fotodioda dengan amplifier:
Pada kedua fotodioda, berkas cahaya dari interferometer harus difokuskan. Pemisah sinar dapat digunakan untuk memisahkan cahaya dari lensa, tetapi ini akan melemahkan sinyal dari dioda. Oleh karena itu, setelah lensa, cermin putar lain dipasang, yang dengannya Anda dapat mengarahkan cahaya ke dioda yang diinginkan. Hasilnya adalah perakitan fotosensor berikut:
Di tengah foto adalah lensa, di atasnya adalah laser saluran referensi. Laser sama seperti di pengintai, diambil dari drive DVD. Laser mulai membentuk radiasi koheren berkualitas tinggi hanya pada arus tertentu. Dalam hal ini, daya radiasi cukup tinggi. Oleh karena itu, untuk membatasi daya pancaran, saya harus menutupi lensa laser dengan filter cahaya. Di sebelah kanan, ada sensor pada OPT101, di bagian bawah - fotodioda germanium dengan penguat.
Dalam saluran referensi untuk menerima radiasi laser, fotodioda FD-263 digunakan, sinyalnya diperkuat oleh penguat operasional LM358. Di saluran ini, level sinyal sangat tinggi, jadi penguatannya adalah 2.
Hasilnya adalah konstruksi berikut:
Di bawah dudukan LED uji adalah prisma kecil yang mengarahkan sinar laser ke arah fotodioda saluran referensi.
Contoh osilogram yang diperoleh dari spektrometer (LED putih berfungsi sebagai sumber radiasi): 
Garis kuning adalah sinyal yang diumpankan ke speaker cermin yang dapat digerakkan, garis biru adalah sinyal dari OPT101, garis merah adalah hasil dari transformasi Fourier yang dilakukan oleh osiloskop.
Bagian perangkat lunak
Tanpa pemrosesan perangkat lunak, spektrometer Fourier tidak mungkin - di komputer itulah transformasi Fourier terbalik dilakukan, yang mengubah interferogram yang diterima dari spektrometer menjadi spektrum sinyal asli.Dalam kasus saya, fakta bahwa saya mengontrol cermin dengan sinyal sinusoidal menciptakan kesulitan tertentu. Karena itu, cermin juga bergerak secara sinusoidal, yang artinya kecepatannya terus berubah. Ternyata sinyal dari keluaran interferometer ternyata merupakan modulasi frekuensi. Dengan demikian, program juga harus mengoreksi frekuensi sinyal yang diproses.
Seluruh program ditulis dalam C #. Bekerja dengan suara dilakukan menggunakan pustaka NAudio. Program ini tidak hanya memproses sinyal dari spektrometer, tetapi juga menghasilkan sinyal sinusoidal dengan frekuensi 20 Hz untuk mengontrol cermin yang dapat digerakkan. Frekuensi yang lebih tinggi kurang ditransmisikan dengan baik oleh mekanisme cermin bergerak.
Proses pemrosesan sinyal dapat dibagi menjadi beberapa tahap, dan hasil pemrosesan sinyal dalam program dapat dilihat pada tab terpisah.
Pertama, program menerima larik data dari kartu audio. Array ini berisi data dari saluran utama dan referensi:
Di atas - sinyal referensi, di bawah - sinyal dari salah satu fotodioda pada keluaran interferometer. Dalam hal ini, LED hijau digunakan sebagai sumber sinyal.
Pemrosesan sinyal referensi terbukti cukup sulit. Seseorang harus mencari sinyal minimum dan maksimum lokal (ditandai pada grafik dengan titik-titik berwarna), menghitung kecepatan cermin (kurva oranye), dan mencari titik-titik kecepatan minimum (ditandai dengan titik-titik hitam). Simetri sinyal referensi penting untuk titik-titik ini, sehingga tidak selalu sama persis dengan kecepatan minimum sebenarnya.
Salah satu kecepatan minimum yang ditemukan diambil sebagai asal dari interferogram (ditandai dengan garis vertikal merah). Selanjutnya, satu periode osilasi cermin dibedakan:
Jumlah periode osilasi dari sinyal referensi dalam satu lintasan cermin (antara dua titik hitam pada gambar di atas) ditunjukkan di sebelah kanan: "PERIODE REF: 68". Seperti yang telah saya sebutkan, interferogram yang dihasilkan adalah modulasi frekuensi dan perlu diperbaiki. Untuk koreksi, saya menggunakan data pada periode fluktuasi sinyal saat ini di saluran referensi. Koreksi dilakukan dengan melakukan interpolasi sinyal menggunakan metode cubic spline. Hasilnya terlihat di bawah (hanya setengah dari interferogram yang ditampilkan):
Interferogram diperoleh, sekarang Anda dapat melakukan transformasi Fourier terbalik. Itu dilakukan dengan menggunakan perpustakaan FFTW. Hasil konversi:
Sebagai hasil dari transformasi ini, spektrum sinyal asli dalam domain frekuensi diperoleh. Dalam tangkapan layar, itu diubah menjadi sentimeter terbalik (CM ^ -1), yang sering digunakan dalam spektroskopi. Tapi saya masih lebih terbiasa dengan skala dalam panjang gelombang, jadi spektrumnya harus dihitung ulang:
Terlihat bahwa resolusi spektrometer menurun dengan bertambahnya panjang gelombang. Anda dapat sedikit meningkatkan bentuk spektrum dengan menambahkan angka nol di ujung interferogram, yang setara dengan melakukan interpolasi setelah melakukan transformasi.
Contoh spektrum yang diperoleh
Radiasi laser:Di sebelah kiri, arus pengenal diterapkan ke laser, di sebelah kanan, arus yang jauh lebih rendah. Seperti dapat dilihat, dengan penurunan arus, koherensi radiasi laser menurun, dan lebar spektrum meningkat.
Sumber yang digunakan adalah: dioda "ultraviolet", dioda biru, kuning, putih, dan dua dioda IR dengan panjang gelombang berbeda.
Spektrum transmisi dari beberapa filter cahaya:
Spektrum emisi ditampilkan setelah filter interferensi, diambil dari densitometer. Di pojok kanan bawah - spektrum radiasi setelah filter IR, diambil dari kamera. Perlu dicatat bahwa ini bukan transmisi filter ini - untuk mengukur kurva transmisi filter, Anda perlu memperhitungkan bentuk spektrum sumber cahaya - dalam kasus saya ini adalah lampu pijar. Dengan lampu seperti itu, spektrometer memiliki masalah tertentu - ternyata, spektrum sumber cahaya pita lebar diperoleh dengan cara yang aneh. Saya belum tahu apa hubungannya ini. Mungkin masalahnya terkait dengan gerakan nonlinier cermin, mungkin - dengan penyebaran radiasi dalam kubus, atau koreksi yang buruk dari sensitivitas spektral yang tidak merata dari fotodioda.
Dan inilah spektrum emisi yang dihasilkan dari lampu tersebut:
Gigi pada spektrum di sebelah kanan adalah fitur algoritme yang mengkompensasi sensitivitas spektral yang tidak merata dari dioda.
Idealnya, spektrumnya akan terlihat seperti ini:
Saat menguji spektrometer, seseorang tidak bisa tidak melihat spektrum lampu fluoresen - ia memiliki karakteristik bentuk "bergaris". Namun, ketika mendaftarkan spektrum dengan spektrometer Fourier dari spektrum lampu 220V konvensional, muncul masalah - lampu berkedip. Namun, transformasi Fourier memungkinkan Anda untuk memisahkan osilasi frekuensi yang lebih tinggi (satuan kHz), yang diberikan oleh interferensi, dari yang frekuensi rendah (100 Hz), yang diberikan oleh jaringan:
Spektrum lampu fluoresen yang diperoleh dengan spektrometer industri:
Semua spektrum di atas diperoleh dengan menggunakan fotodioda silikon. Sekarang saya akan memberikan spektrum yang diperoleh dengan fotodioda germanium:
Yang pertama adalah spektrum lampu pijar. Seperti yang Anda lihat, ini tidak terlalu mirip dengan spektrum lampu asli (sudah diberikan sebelumnya).
Di sebelah kanan adalah spektrum transmisi larutan tembaga sulfat. Menariknya, ia tidak memancarkan radiasi infra merah. Sebuah puncak kecil pada 650 nm dikaitkan dengan pantulan ulang radiasi laser dari saluran referensi ke pangkalan.
Beginilah spektrum difilmkan:
Di bawah ini adalah spektrum transmisi air, di sebelah kanannya adalah grafik spektrum transmisi air yang sebenarnya.
Berikutnya adalah spektrum transmisi aseton, larutan besi klorida, alkohol isopropil.
Terakhir, saya akan memberikan spektrum radiasi matahari yang diperoleh dari fotodioda silikon dan germanium:
Bentuk spektrum yang tidak merata dikaitkan dengan penyerapan radiasi matahari oleh zat-zat yang terkandung di atmosfer. Di sebelah kanan adalah bentuk spektrum nyata. Bentuk spektrum yang diperoleh fotodioda germanium sangat berbeda dari spektrum sebenarnya, meskipun garis serapan berada di tempatnya.
Jadi, terlepas dari semua masalah tersebut, saya masih berhasil mendapatkan gangguan cahaya putih di rumah dan membuat spektrometer Fourier. Seperti yang Anda lihat, ini bukan tanpa kekurangannya - spektrum diperoleh dengan beberapa kurva, resolusinya bahkan lebih buruk daripada beberapa spektrometer buatan sendiri dengan kisi difraksi (ini terutama disebabkan oleh gerakan lambat cermin cermin bergerak) . Namun demikian - itu berhasil!
Teman-teman akan mendekati Jumat malam, ini adalah waktu intim yang luar biasa ketika, di bawah naungan senja yang memikat, Anda dapat mencapai spektrometer Anda dan mengukur spektrum lampu pijar hingga sinar pertama matahari terbit, dan ketika matahari terbit, mengukur spektrumnya.
Bagaimana Anda masih belum memiliki spektrometer Anda sendiri? Tidak masalah, mari kita pergi ke bawah kucing dan memperbaiki kesalahpahaman ini.
Perhatian! Artikel ini tidak mengklaim sebagai tutorial lengkap, tetapi mungkin dalam 20 menit setelah membacanya, Anda akan memperluas spektrum radiasi pertama Anda.
Manusia dan spektroskop
Saya akan memberi tahu Anda dalam urutan di mana saya melalui semua tahapan sendiri, bisa dikatakan dari yang terburuk ke yang terbaik. Jika seseorang membidik hasil yang kurang lebih serius sekaligus, separuh artikel dapat dilewati dengan aman. Nah, orang-orang dengan tangan bengkok (seperti saya) dan hanya ingin tahu akan tertarik untuk membaca tentang cobaan saya dari awal.Ada cukup banyak bahan di Internet tentang cara merakit spektrometer / spektroskop dengan tangan Anda sendiri dari bahan bekas.
Untuk mendapatkan spektroskopi di rumah, dalam kasus yang paling sederhana, Anda tidak memerlukan banyak - CD / DVD kosong dan sebuah kotak.
Pada percobaan pertama saya dalam studi spektrum, saya diminta oleh materi ini - Spektroskopi
Sebenarnya, berkat perkembangan penulis, saya mengumpulkan spektroskop pertama saya dari kisi difraksi transmisif dari cakram DVD dan kotak karton dari teh, dan bahkan sebelumnya, selembar karton padat dengan slot dan kisi transmisi dari DVD disc sudah cukup bagi saya.
Saya tidak bisa mengatakan bahwa hasilnya menakjubkan, tetapi spektrum pertama diperoleh sepenuhnya, secara ajaib menyimpan foto-foto proses di bawah spoiler
Foto spektroskopi dan spektrum ....
Opsi pertama dengan selembar karton 
Opsi kedua dengan kotak teh 
Dan spektrum yang ditangkap
Satu-satunya untuk kenyamanan saya, dia memodifikasi desain ini dengan kamera video USB, ternyata seperti ini:
spektrometer foto
Saya harus segera mengatakan bahwa modifikasi ini menyelamatkan saya dari kebutuhan untuk menggunakan kamera ponsel, tetapi ada satu kelemahan, kamera tidak dapat dikalibrasi ke pengaturan layanan Spectral Worckbench (yang akan dibahas di bawah). Oleh karena itu, saya tidak dapat menangkap spektrum secara real time, tetapi saya dapat sepenuhnya mengenali foto-foto yang sudah dikumpulkan.
Jadi katakanlah Anda membeli atau merakit spektroskop sesuai dengan petunjuk di atas.
Setelah itu buat akun di proyek PublicLab.org dan masuk ke halaman layanan SpectralWorkbench.org Selanjutnya saya akan menjelaskan kepada Anda teknik pengenalan spektrum yang saya gunakan sendiri.
Untuk memulainya, kita perlu mengkalibrasi spektrometer kita. Untuk melakukan ini, Anda perlu mengambil snapshot dari spektrum lampu fluorescent, sebaiknya lampu langit-langit yang besar, tetapi lampu hemat energi juga cocok.
1) Tekan tombol Capture spektra
2) Unggah Gambar
3) Isi kolom, pilih file, pilih kalibrasi baru, pilih perangkat (Anda dapat memilih spektroskop mini atau hanya kustom), pilih spektrum yang Anda miliki, vertikal atau horizontal, sehingga spektrum di screenshot sebelumnya Program jelas - horizontal
4) Jendela dengan grafik akan terbuka.
5) Memeriksa bagaimana spektrum Anda diputar. Harus ada rentang biru di kiri, dan merah di kanan. Jika bukan ini masalahnya, pilih tombol alat lainnya - balik secara horizontal, setelah itu kita melihat bahwa gambar telah diputar tetapi grafiknya tidak, jadi tekan lebih banyak alat - ekstrak ulang dari foto, semua puncak kembali sesuai dengan aslinya puncak.
6) Tekan tombol Kalibrasi, tekan mulai, pilih puncak biru langsung pada grafik (lihat tangkapan layar), tekan LMB dan jendela pop-up terbuka lagi, sekarang kita perlu menekan selesai dan memilih puncak hijau yang ekstrim, setelah itu Halaman akan di-refresh dan kita akan mendapatkan gambar yang dikalibrasi dengan panjang gelombang.
Sekarang Anda dapat mengisi spektrum yang diselidiki lainnya, ketika Anda meminta kalibrasi, Anda perlu menentukan grafik yang telah kami kalibrasi.
Screenshot
Jenis program yang dikonfigurasi 
Perhatian! Kalibrasi mengasumsikan bahwa Anda selanjutnya akan mengambil gambar dengan peralatan yang sama yang mengkalibrasi perubahan pada peralatan resolusi gambar, pergeseran spektrum yang kuat pada foto relatif terhadap posisi pada contoh yang dikalibrasi dapat mengganggu hasil pengukuran.
Sejujurnya, saya sedikit mengoreksi foto saya di editor. Jika ada suar, menggelapkan lingkungan, terkadang memutar spektrum sedikit untuk mendapatkan gambar persegi panjang, tetapi sekali lagi saya ulangi ukuran file dan posisi spektrum itu sendiri relatif terhadap pusat gambar, lebih baik tidak perubahan.
Dengan fungsi lainnya, seperti makro, penyesuaian kecerahan otomatis atau manual, saya sarankan Anda mencari tahu sendiri, menurut saya mereka tidak begitu penting.
Grafik yang dihasilkan kemudian dengan mudah ditransfer ke CSV, sedangkan angka pertama adalah panjang gelombang pecahan (mungkin pecahan), dan nilai relatif rata-rata dari intensitas radiasi akan dipisahkan dengan koma. Nilai yang didapat terlihat bagus dalam bentuk grafik yang dibangun misalnya di Scilab
SpectralWorkbench.org memiliki aplikasi smartphone. Saya belum pernah menggunakannya. oleh karena itu saya tidak dapat mengevaluasi.
Semoga hari Anda penuh warna dengan semua warna pelangi.
UPD: Atas permintaan DrZugrik, saya juga akan menulis bahwa opsi dengan peralatan SpectralWorckbench adalah salah satu yang paling ramah anggaran, biayanya dapat mencapai 500 unit konvensional terus-menerus.
Dalam artikel sebelumnya, saya telah menjelaskan bagaimana saya menguji berbagai LED tanaman. Untuk menganalisis spektrum, saya dan diambil dari seorang guru fisika yang saya kenal.
Tetapi kebutuhan untuk alat seperti itu muncul secara berkala dan spektroskopi, atau bahkan lebih baik, spektrometer akan diinginkan untuk dimiliki.
Pilihan saya adalah spektroskop perhiasan kisi
Begitu menjadi barang perhiasan, set itu termasuk kotak "kulit"
Dimensi spektroskop kecil
Apa lagi yang jelas dari deskripsi toko
Semuanya dirakit dengan rapat, jadi tidak akan ada pemotongan.
Mari kita juga percaya bahwa ada lensa-obyektif di satu sisi tabung, dan kisi difraksi dan kaca pelindung di sisi lain.
Dan di dalamnya ada pelangi yang indah. Setelah mengaguminya dengan sepenuh hati, dia mulai mencari apa yang harus dilihat pada spektrum.
Sayangnya, tidak mungkin menggunakan spektroskop untuk tujuan yang dimaksudkan, karena seluruh koleksi berlian dan batu mulia saya terbatas pada cincin kawin, yang sepenuhnya buram dan tidak memberikan spektrum apa pun. Nah, mungkin dalam nyala api kompor))).
Tapi lampu fluorescent merkuri secara jujur \u200b\u200bmemberikan banyak garis yang indah. Setelah mengagumi sumber cahaya yang berbeda sesuka hati, saya dibingungkan oleh pertanyaan bahwa gambar tersebut harus diperbaiki dan spektrumnya diukur.
Sedikit DIY
Gambar lampiran kamera berputar di kepala saya untuk waktu yang lama, dan di bawah meja ada satu yang belum mengalami modernisasi terakhir, tetapi cukup berhasil diatasi dengan plastik PVC.
Desainnya tidak terlalu cantik. Namun, serangan balik di X dan Y, saya belum sepenuhnya menang. Tidak ada sekrup bola yang sudah terpasang dan menunggu rel linier pendukung tiba.
Tetapi fungsinya ternyata cukup dapat diterima untuk pelangi untuk ditampilkan pada Canon lama, yang telah lama tidak digunakan.
Benar, disini saya kecewa. Pelangi yang indah menjadi terpisah.
Semua kesalahan adalah matriks RGB dari kamera dan kamera mana pun. Setelah bermain-main dengan pengaturan white balance dan mode pemotretan, saya memahami gambarnya.
Bagaimanapun, pembiasan cahaya tidak tergantung pada warna apa yang digunakan untuk memperbaiki gambar. Untuk analisis spektral, kamera hitam putih dengan sensitivitas paling seragam di seluruh lebar rentang yang diukur akan sesuai.
Teknik analisis spektral.
Melalui trial and error, teknik seperti itu ditarik
1. Gambar skala kisaran cahaya tampak (400-720nm) digambar, garis utama merkuri untuk kalibrasi ditunjukkan padanya.
2. Beberapa spektrum diambil, selalu dengan referensi merkuri. Dalam serangkaian survei, posisi spektroskopi pada lensa perlu diperbaiki untuk mengecualikan pergeseran spektrum dari rangkaian gambar secara horizontal.
3. Di editor grafik, skala disesuaikan dengan spektrum merkuri, dan semua spektrum lainnya diskalakan tanpa pergeseran horizontal di editor. Ternyata seperti ini
4. Nah, kemudian semuanya didorong ke dalam program penganalisis Spektrometer Ponsel dari artikel ini
Kami memeriksa teknik dengan laser hijau, yang panjang gelombangnya diketahui - 532nm
Kesalahannya ternyata sekitar 1%, yang sangat bagus dengan teknik manual memasang garis merkuri dan menggambar skala secara praktis dengan tangan.
Sepanjang jalan, saya mengetahui bahwa laser hijau bukanlah radiasi langsung, seperti merah atau biru, tetapi menggunakan pemompaan dioda solid-state (DPSS) dengan sekumpulan emisi sekunder. Hidup dan belajar!
Mengukur panjang gelombang laser merah juga memastikan kebenaran metode ini.
Untuk kepentingan, saya mengukur spektrum candle
dan membakar gas alam
Sekarang Anda dapat mengukur spektrum LED, misalnya "spektrum penuh" untuk tanaman
Spektrometer siap dan berjalan. Sekarang saya akan menggunakannya untuk menyiapkan ulasan berikut - perbandingan karakteristik LED dari berbagai pabrikan, apakah China membodohi kami dan bagaimana membuat pilihan yang tepat.
Singkatnya, saya puas dengan hasilnya. Mungkin masuk akal untuk menghubungkan spektroskop ke webcam untuk pengukuran spektrum kontinu, seperti dalam proyek ini
Pengujian spektrometer oleh asisten saya
Pastikan untuk menonton video di saluran (ada daftar putar tematik):
https://www.youtube.com/channel/UCn5qLf1n8NS-kd7MAatofHw
https://www.youtube.com/channel/UCoE9-mQgO6uRPBQ9lsPZXxA
Tolong bantu untuk mendapatkan 1000 pelanggan di saluran pertama dan setidaknya 4000 jam penayangan selama setahun terakhir pada masing-masing dari mereka, untuk ini, tonton setidaknya satu video secara penuh!
Gambar yang indah ini adalah foto dari spektrum cahaya dan inframerah yang dipancarkan lampu natrium tekanan tinggi tipe NLVD DNaT (Busur Natrium Tubular). Untuk melihat dan memotret berbagai spektrum, cukup dengan memiliki kamera digital dan CD-R atau DVD-R yang disiapkan khusus. Yang terakhir meremehkan kecerahan, terutama merah. CD-R mengurangi kecerahan warna biru dan menghasilkan resolusi yang lebih rendah. Foto pertama diambil melalui DVD-R.
Dua garis kuning tersebut adalah natrium doublet dengan panjang gelombang 588,995 dan 589,5924 nm. Doublet kedua adalah inframerah 818,3 dan 819,4 nm.
Grafik spektrum.
Sekarang beberapa kata tentang menyiapkan disk. Ada bagian yang harus dipotong dari cakram untuk menutupi lensa sepenuhnya.
Di foto, DVD-R berwarna ungu. Kita butuh kisi difraksi transparan, oleh karena itu, pada CD-R kami merekatkan pita perekat lebar dari sisi prasasti. Kami merobeknya dan bersama dengan selotip penutup disk dilepas. Dengan DVD-R, lebih mudah lagi, potongan potongan dengan mudah terbagi menjadi dua bagian, salah satunya kita butuhkan.
Sekarang, dengan menggunakan selotip dua sisi, Anda perlu merekatkan kisi difraksi ke lensa, seperti pada foto di bawah ini. Anda perlu merekatkan sisi yang berlawanan dengan yang lapisannya robek, karena permukaan di bawah lapisan mudah terkontaminasi oleh lensa, dan kualitas gambar setelah dibersihkan dari spektrum akan lebih buruk.
Hasilnya adalah spektroskop paling sederhana, paling cocok untuk mempelajari sumber cahaya dari jarak tertentu.
Jika kita ingin menyelidiki tidak hanya spektrum yang terlihat, tetapi juga inframerah, dan dalam beberapa kasus ultraviolet, maka perlu untuk menghapus filter dari kamera yang menghalangi sinar inframerah. Perlu dicatat itu bagian dari spektrum IR dan UV terlihat oleh mata pada intensitas radiasi yang cukup tinggi (titik laser 780 dan 808 nm, kristal LED 940 nm dalam gelap). Jika perlu untuk memberikan sensasi visual yang sama untuk panjang gelombang 760 nm dan 555 nm, maka fluks radiasi untuk 760 nm harus 20.000 kali lebih kuat. Dan untuk 365 nm, ini satu juta kali lebih kuat.
Mari kembali ke filter bernama Hot Mirror, yang berada di depan matriks. Anda perlu membuka bodi kamera, melepaskan sekrup yang memasang matriks ke lensa, menarik filter, dan memasang kamera dalam urutan terbalik. Hot Mirror terlihat seperti ini:
2 filter kiri dari kamera. Mereka memiliki kilau merah muda, dan warna pirus muncul di sudut yang berbeda. Selain IR, mereka juga dapat memblokir sebagian atau seluruh sinar ultraviolet. Oleh karena itu, penghapusannya membuka peluang tidak hanya untuk fotografi inframerah, tetapi juga ultraungu, jika optik dan matriks kamera memungkinkan. Untuk fotografi UV, filter UV-pass digunakan untuk memblokir cahaya tampak.
Sekarang kita beralih ke proses memotret spektrum. Ruangan harus gelap, selain itu, Anda dapat menggunakan layar hitam di dekat kamera, sumber cahaya titik atau celah yang minimal menerangi ruangan. Menyalakan kamera, kita akan melihat gambar berikut menggunakan contoh laser 405 nm, bersinar melalui celah sempit di antara dua bilah:
Titik pusatnya adalah laser itu sendiri. Dua garis adalah spektrumnya. Anda dapat menggunakan salah satunya. Untuk melakukan ini, Anda perlu memutar kamera dan memperbesar. Jika kita terus menggerakkan kamera, kita akan melihat beberapa baris kedua, ketiga, dll. urutan spektrum. Dalam beberapa kasus, mereka akan mengganggu, misalnya, garis hijau pada urutan kedua akan ditumpangkan pada garis inframerah 1064 nm. Ini terjadi dalam spektrum laser hijau, kecuali filter potong IR dipasang. Ini ada di kanan bawah di foto filter. Untuk menghilangkan tumpang tindih, saya menggunakan filter merah. Foto contoh ini dengan panjang gelombang bertanda:
Seperti yang Anda lihat, garis hijau pada urutan kedua menutupi sepenuhnya garis 1064 nm. Dan foto berikutnya adalah dengan lampu hijau terhalang, di mana hanya tersisa dua jalur IR, 808 nm dan 1064 nm. Saya tidak menandatangani sejak itu. lokasinya identik dengan foto sebelumnya.
Dari gambar, di mana ada sumber radiasi, satu panjang gelombang yang diketahui dan beberapa yang tidak diketahui, mereka dapat dengan mudah diidentifikasi. Misalnya, buka foto dengan teks di Photoshop. Melalui alat penggaris mengukur jarak dari laser ke garis 532. Ini sama dengan 1876 piksel. Kami mengukur jarak dari laser ke garis, panjang gelombang yang ingin kami ketahui, hingga 808. Jaraknya 2815 p. Kami menganggap 532 * 2815/1876 \u003d 798 nm. Ketidakakuratan terjadi karena distorsi optik lensa. Pada perkiraan optik maksimum, kesalahan berkurang. Juga diperhatikan bahwa laser 808 nm memancarkan panjang gelombang yang lebih pendek, sekitar 802 nm, dan panjang gelombangnya berkurang dengan berkurangnya arus suplai.
Dan tanpa sumber radiasi, foto dapat ditentukan dengan mengetahui dua panjang gelombang lainnya. Kami mengukur panjang dari garis 532 hingga 1064, ada 1901 p. Dari 532 hingga 808, kami mendapatkan 939 p. Kami menganggap (1064-532) / 1901 * 939 + 532 \u003d 795 nm.
Tapi cara termudah adalah dengan membandingkan foto dengan dua garis yang diketahui skala... Dalam hal ini, tidak ada tidak perlu dihitung.
Lebih lanjut spektrum lampu pijar, yang sangat mirip dengan spektrum Matahari, tetapi tidak mengandung Garis Fraunhofer... Menariknya, kamera tersebut menampilkan radiasi infra merah hingga 800 nm sebagai oranye, dan lebih dari 800 nm tampak seperti ungu.
Spektrum LED putih juga kontinu, tetapi memiliki penurunan di depan wilayah hijau dan puncak di wilayah biru 450-460nm, yang disebabkan oleh penggunaan LED biru yang dilapisi dengan fosfor kuning. Semakin tinggi suhu warna LED, semakin tinggi puncak birunya. Ia tidak memiliki sinar ultraviolet dan inframerah, yang hadir dalam spektrum lampu pijar.
Dan di sini spektrum lampu katoda dingin dari lampu latar monitor. Ini linier dan berulang dengan tepat spektrum lampu fluorescent... Porsi IR spektrum diambil dari CFL untuk kualitas gambar yang lebih baik.
Sekarang pergi ke sinar ultraviolet hitam, atau, sebagaimana juga disebut, lampu Wood. Ini memancarkan sinar ultraviolet panjang gelombang yang lembut. Foto itu ternyata seperti ini:
Spektrum inframerah untuk lampu fluorescent, CCFL, Wood hampir sama. Hanya yang terakhir tidak memiliki beberapa garis yang paling dekat dengan jangkauan yang terlihat. Sinar infra merah paling kuat dipancarkan dari bagian lampu tempat filamen berada. Foto diambil melalui spektroskop kertas, lebih lanjut di bawah.
Spektroskopi kertas.
Spektroskop seperti itu sangat cocok untuk melihat spektrum dengan mata. Ini juga dapat digunakan dengan kamera yang berbeda, seperti telepon. Ada dua jenis.
2. Beroperasi pada refleksi dari kisi difraksi. Hal ini mungkin untuk tidak menghapus disk, tetapi duplikat pucat akan muncul di sebelah garis terang dari laser, karena pantulan ulang di dalam disk, yang seharusnya tidak berada dalam spektrum. Sangat sulit untuk memindahkan lapisan CD yang mengkilap ke permukaan lain agar tetap sama mulusnya. Oleh karena itu, Anda perlu menggunakan CD yang memiliki permukaan warna-warni yang sama di kedua sisinya. Dari sisi di mana ada tulisan pada cakram biasa, Anda perlu merobek lapisan transparan menggunakan pita perekat. Penting agar lapisan mengkilap tetap ada pada cakram. Saya berhasil melakukan ini dengan setengah disk (dari tepi ke tengah), ini cukup untuk spektroskop. Jika Anda tidak merobek lapisan transparan, spektrum seragam akan tampak terputus-putus dengan garis-garis gelap yang bergantian.
Terpaku pada spektroskop cincin tambahan, yang dipegang pada lensa kamera. Di antara sumber cahaya dan spektroskop, disarankan untuk ditempatkan film matte atau prisma dengan dua tepi matte seperti yang ditunjukkan untuk distribusi cahaya yang lebih baik. Bagian dalam spektroskop terbuat dari kertas hitam tanpa kilap, lapisan kedua terbuat dari foil, dan di atasnya adalah kertas biasa yang digunakan untuk mencetak gambar. Sisi di mana cahaya masuk dapat dicat hitam sehingga radiasi UV dan violet tidak menyebabkan kertas menjadi putih, mendistorsi gambar.
Dengan bantuan spektroskop ini, dimungkinkan untuk memotret dengan jelas dan jelas spektrum lampu indikator neon... Mereka digunakan untuk menerangi sakelar, dalam indikator pengoperasian ceret, kompor, dan perangkat lain.
Tidak hanya laser yang menghasilkan satu garis tipis spektrum. Jika kawat dicelupkan ke dalam larutan garam NaCl, dan kemudian dibawa ke dalam api kompor gas turbo atau korek api, maka pendar kuning dengan panjang gelombang 588,995 dan 589,5924 nm.
Beberapa pemantik turbo memiliki pelat lithium. Itu mewarnai nyala api merah dengan garis 670,78 nm.
Di bawah ini adalah foto dari garis spektral ini bersama dengan garis laser: hijau 532 nm, merah 663 nm, inframerah 780 nm dan 808 nm.
Lebih mudah menggunakan lampu kuning di atas untuk menentukan periode kisi difraksi dengan tidak adanya laser, dan menghitung panjang gelombang sumber cahaya... Perangkat paling sederhana pada gambar di bawah ini terdiri dari dua penggaris, yang salah satunya dipasang kisi difraksi, dan celah sempit dari dua bilah naik di atas yang lain. Jarak dalam milimeter dari kisi difraksi ke layar (penggaris) dengan celah dan dari celah (maksimum urutan nol) ke maksimum urutan pertama digunakan. Pada gambar pertama, Anda perlu melihat melalui kisi difraksi pada sumber cahaya dengan panjang gelombang yang diketahui. Jadi, Anda dapat menghitung periode kisi difraksi dengan rumus di bawah gambar ini, dan kemudian, dengan cara yang sama, Anda dapat menentukan panjang gelombang, tetapi dengan rumus di bawah gambar kedua. Ini menunjukkan penentuan panjang gelombang laser dengan cara yang sedikit berbeda: laser bersinar melalui kisi difraksi ke penggaris. Dalam hal ini, gap tidak diperlukan. Saya menggunakan kisi difraksi dari sambungan Starry Sky yang disertakan dengan penunjuk laser. Ada dua jeruji, tapi noselnya dibongkar dan satu jeruji ditarik keluar. Kisi difraksi CD tidak cocok sama sekali, karena memberikan kesalahan besar 100 nm.
Foto berikutnya dari sumber cahaya langka adalah petir. Spektrum masuk ke rentang UV hingga sekitar 373 nm, yang merupakan batas untuk kamera ini.
Spektrum lampu lucutan putih yang menerangi lapangan sepak bola.
