Profesorul de chimie Alexander Scheeline de la Universitatea din Illinois a realizat un spectrometru de pe un telefon mobil pentru a captiva studenții cu chimie analitică.
Profesorul a asamblat instrumentul științific de bază al chimistului din materiale ieftine și o cameră digitală. Spectrofotometrie este unul dintre cele mai utilizate mijloace pentru identificarea și cuantificarea materialelor. Dacă, de exemplu, trebuie să măsurați cantitatea de proteine \u200b\u200bdin carne, apă în cereale sau fier în sânge, aveți nevoie spectrometru.
Un student nu poate evalua performanța spectrofotometriei dacă folosește misterioasa „cutie” a unui spectrometru de laborator. El nu înțelege ce se întâmplă în interior și pur și simplu schimbă eșantioane și înregistrează rezultatele - explică Alexander Shchilin. - Nu ajută procesul educațional. Dacă doriți să învățați pe cineva să folosească instrumentul în mod creativ și să îl îmbunătățească, aveți nevoie de ceva mai simplu și mai clar. "
Figura: 1. Acesta este tot ce aveți nevoie pentru a face un spectrometru.
Dacă doriți să atrageți atenția asupra deficiențelor instrumentului, este mult mai ușor atunci când aceste deficiențe sunt foarte mari și nu sunt compensate de complexitatea dispozitivelor și setărilor ", explică Alexander Shchilin.
Într-un spectrometru, lumina albă trece printr-o probă de material care absoarbe lungimi de undă specifice ale luminii. Apoi, o rețea de difracție descompune lumina în culori, iar chimiștii pot analiza spectrul, determinând proprietățile probei.
Figura: 2. Spectrometru asamblat. LED-ul strălucește prin cuvă direct opus grătarului, care este fixat cu bandă transparentă.
Ca sursă de lumină, profesorul Shchilin a folosit una dioda electro luminiscentaalimentat de o baterie de 3 volți. Nu este dificil să cumperi o grilaj de difracție și cuve de probă în SUA și, în final, toate echipamentele costă mai puțin de 3 USD. Rămâne să găsești o cameră digitală adecvată, iar apoi omul de știință și-a amintit că fiecare școlar și elev are o telefon mobil. După aceea, rămâne doar să rezolvăm problema procesării datelor. Pentru a face acest lucru, profesorul a scris un program pentru analiza spectrelor din fotografii în format jpeg și l-a pus pe internet împreună cu codurile sursă.
Pentru prima dată, Alexander Shchilin și-a demonstrat invenția în timp ce lucra la un program de schimb în Hanoi (Vietnam). Studenții vietnamezi nu aveau experiență cu instrumentele științifice, dar au început cu entuziasm experimente cu un spectrometru de telefonie mobilă.
Figura: 3. Un telefon mobil nu va înlocui un spectrometru precis în cercetările științifice serioase, dar nu fiecare student are 3.000 $ în bani de buzunar pentru un hobby.
În Statele Unite, un profesor a folosit un spectrometru de casă în timpul orelor de liceu. Până la sfârșitul lecției de 45 de minute, elevii au învățat lucruri care evită majoritatea studenților care sunt doar manuale. De exemplu, un student a întrebat despre efectul luminii împrăștiate asupra sensibilității și capacității camerei de a citi spectrul camerei.
Un elev senior care nu știa aproape nimic despre spectrofotometrie în urmă cu o oră a descoperit principala problemă a tuturor spectrometrelor, spune Alexander Shchilin. - De când am început să predau, am încercat să explic elevilor mei conceptul efectului luminii împrăștiate pe un spectrometru și efectul acestei probleme asupra performanței echipamentelor. Și brusc am văzut cum însuși studentul înțelegea esența acestei probleme și mi-a pus întrebarea corectă! "
Omul de știință este fericit să împărtășească invenția sa cu profesori de școală și profesori universitari la diferite seminarii și folosind internetul. El speră că invenția sa va fi îmbunătățită, de exemplu, va scrie un program de procesare a imaginilor pentru smartphone-uri, care va elimina necesitatea de a utiliza un computer. Un spectrometru de telefonie mobilă poate captiva o mulțime de oameni cu chimie analitică, ceea ce pare pentru mulți o știință complexă și de neînțeles. Cu toate acestea, invenția lui Alexander Shchilin demonstrează că curiozitatea înnăscută a unei persoane poate fi ușor trezită - este suficient să oferiți experimente creative simple, ușor de înțeles și captivante.
Odată ce am citit un articol despre spectrometrul Fourier pe Wikipedia și am vrut să fac unul singur. Această sarcină nu este deloc simplă, dar am reușit să realizăm un model de lucru al spectrometrului. Vă voi avertiza imediat - acesta nu este un spectrometru cu infraroșu, așa că nu vor face măsurători deosebit de interesante.
Despre cum funcționează un spectrometru Fourier și cum poate fi realizat acasă - mai departe (cu atenție, o mulțime de imagini!).
Un pic de teorie
Pentru orice eventualitate - vom vorbi despre spectrometre optice.Voi încerca să nu intru adânc în teoria spectrometrelor, deși acest subiect este foarte larg.
Cele mai frecvente tipuri de spectrometre sunt spectrometrele cu un element dispersiv, care este capabil să distribuie radiații de diferite lungimi de undă în spațiu. Rețelele de difracție și prismele sunt exemple de astfel de elemente.
Diagrama simplificată a unui spectrometru cu o rețea de difracție semitransparentă: 
În diagramă: 1 - fantă de intrare, 2 - lentilă de colimare, 3 - grilaj de difracție, 4 - lentilă de focalizare, 5 - plan de imagine (plan fotodetector).
Radiația investigată trece prin fanta de intrare, este transformată de obiectivul 2 într-un fascicul de lumină paralel, care cade pe rețeaua de difracție. Rețeaua produce separarea spațială a acestui fascicul - radiația cu lungimi de undă diferite începe să se propage la unghiuri diferite. Lentila de focalizare 5 formează din fascicule paralele o imagine în planul 5, care poate fi înregistrată de un fotodetector (de exemplu, o riglă CCD).
Aceste tipuri de spectrometre sunt relativ simple, dar au dezavantajele lor.
Unul dintre parametrii care influențează rezoluția spectrală a spectrometrului este lățimea fantei - cu cât este mai mică, cu atât rezoluția este mai bună. Cu toate acestea, odată cu scăderea dimensiunii fantei, iluminarea fotodetectorului scade, ceea ce complică achiziționarea spectrelor. Deoarece lumina este distribuită peste planul imaginii, iluminarea imaginii scade.
Prismele, deși sunt simple de fabricat și de utilizat, nu sunt capabile să ofere o rezoluție spectrală ridicată. Un alt dezavantaj este că pot funcționa numai într-un anumit interval de lungimi de undă determinat de materialul prismei. Ochelarii obișnuiți nu sunt capabili să transmită radiații cu o lungime de undă mai mare de 3-4 microni.
Rețelele de difracție sunt mai dificil de fabricat, dar oferă o rezoluție spectrală mult mai bună. Rețelele de difracție reflectorizante pot fi utilizate într-o gamă largă de lungimi de undă - de la radiații ultraviolete la infraroșu îndepărtat. Unul dintre dezavantajele rețelelor de difracție este că dau mai multe ordine diferite ale spectrului, care pot distorsiona interferograma. Pentru a le elimina, trebuie să utilizați filtre de lumină care limitează spectrul de radiații la intrarea sau ieșirea spectrometrului.
Pentru a înregistra spectrul în planul de imagine al spectrometrului, sunt instalați fotodetectori multi-element, care fac posibilă citirea foarte rapidă a întregului spectru de radiații. Cele mai frecvente matrice CCD și CMOS din siliciu sunt potrivite numai pentru VIS și NIR. Pentru a studia radiațiile mai lungi de 1,2 microni, sunt necesare receptoare realizate din alte materiale, de exemplu, germaniu, arsenid de indiu-galiu sau chiar o linie de microbolometri. Astfel de receptoare cu mai multe elemente sunt produse doar de câteva companii din lume, sunt foarte scumpe și greu de obținut.
Pentru a înregistra spectrele, se pot utiliza fotodetectoare cu un singur element mai ieftine (fotodiode, bolometre), dar în acest caz scanarea imaginii trebuie să fie mecanică - prin deplasarea unuia dintre nodurile spectrometrului. Acest lucru mărește semnificativ timpul necesar pentru a obține spectrograma și poate reduce precizia măsurării valorilor absolute ale lungimilor de undă.
Spectrometrele Fourier folosesc un principiu complet diferit de funcționare - se bazează pe fenomenul de interferență.
În Wikipedia, mi s-a părut, cea mai simplă și mai ușoară descriere este dată:
Elementul principal al unui spectrometru Fourier este un interferometru Michelson.
Să presupunem că avem o sursă de radiație coerentă cu o anumită lungime de undă. Când diferența de cale între cele două fascicule care sosesc la receptor este λ / 2 (adică fasciculele au ajuns în antifază), intensitatea luminii înregistrată de receptor este aproape de zero. Când oglinda dreaptă a interferometrului Michelson este mișcată, diferența de traiectorie a razelor se schimbă și se modifică și intensitatea luminii înregistrate de receptor. Evident, intensitatea luminii este maximă atunci când diferența de cale a razelor este un multiplu al lungimii de undă.Când oglinda este deplasată la o viteză constantă, un semnal electric sinusoidal va fi observat la ieșirea receptorului. Mai mult, perioada sinusoidului depinde de lungimea de undă a sursei și de amplitudinea de intensitatea sursei.
Acum imaginați-vă că intrarea este o sursă incoerentă. Fiecare lungime de undă din spectrul sursei de lumină va da sinusoidul propriu la ieșirea receptorului. Astfel, la ieșirea receptorului, obținem un semnal complex. Atunci când efectuăm transformarea Fourier inversă pe semnalul primit, obținem spectrul semnalului electric de intrare, care este și spectrul de emisie al sursei (adică intensitatea radiației sursei la diferite lungimi de undă).
Schema interferenței cu radiațiile într-un spectrometru Fourier:
În diagramă: 1 - sursă de radiație, 2 - placă de divizare a fasciculului (semitransparentă), 3 - oglindă fixă, 4 - oglindă mobilă, 5 - fotodetector.
Aspectul unui spectrometru real este oarecum mai complicat:
În diagramă: 1 - sursă de radiații, 2,4 - optică colimantă, 3 - diafragmă de intrare, 5 - oglindă fixă, 6 - oglindă mobilă, 7 - acționare oglindă, 8 - separator fascicul, 9 - laser canal de referință, 10 - referință canal de fotodetector, 11 - optică de focalizare, 12 - fotodetector de semnal.
Pentru a stabiliza viteza de mișcare a oglinzii mobile și pentru a asigura „legarea” spectrometrului de valorile absolute ale lungimilor de undă, în spectrometru este introdus un canal de referință, format dintr-un laser și fotodetectorul acestuia (9 și 12 din diagramă). În acest caz, laserul acționează ca un standard de lungime de undă. Spectrometrele de înaltă calitate folosesc lasere cu gaz cu o singură frecvență în acest scop. Ca urmare, precizia măsurării lungimii de undă este foarte mare.
Spectrometrele transformate Fourier au alte avantaje față de spectrometrele clasice.
O caracteristică importantă a spectrometrelor Fourier este că atunci când se folosește chiar și un fotodetector, toate elementele spectrale sunt înregistrate simultan, ceea ce oferă un câștig de energie în comparație cu scanarea mecanică element cu element (câștigul lui Falgett).
Spectrometrele transformate Fourier nu necesită utilizarea unor fante optice, care rețin cea mai mare parte a fluxului luminos, ceea ce conferă un câștig mare în luminozitate (câștig Jacquinot).
În spectrometrele Fourier, nu există nicio problemă de suprapunere a spectrelor, ca și în spectrometrele cu grătare de difracție, datorită cărora intervalul spectral al radiației studiate poate fi foarte larg și este determinat de parametrii fotodetectorului și ai plăcii de divizare a fasciculului.
Rezoluția spectrometrelor transformate Fourier poate fi mult mai mare decât cea a spectrometrelor tradiționale. Este determinat de diferența de deplasare a oglinzii mobile Δ. Intervalul de undă rezolvat este determinat de expresia: δλ \u003d λ ^ 2 / Δ
Cu toate acestea, există și un dezavantaj important - complexitatea mecanică și optică mare a spectrometrului. Pentru ca interferența să apară, ambele oglinzi ale interferometrului trebuie să fie aliniate foarte precis perpendicular una pe cealaltă. În acest caz, una dintre oglinzi trebuie să efectueze vibrații longitudinale, dar perpendicularitatea trebuie menținută cu aceeași precizie. În spectrometrele de înaltă calitate, în unele cazuri, pentru a compensa înclinarea unei oglinzi mobile în timpul mișcării, o oglindă staționară este înclinată folosind actuatoare piezoelectrice. Raza de referință de la laser este măsurată pentru a obține informații despre înclinarea curentă.
Practică
Nu eram absolut sigur că era posibil să facem un spectrometru Fourier acasă fără a avea acces la mașinile necesare (așa cum am menționat, mecanica este cea mai dificilă parte a spectrometrului). Prin urmare, spectrometrul a fost construit în etape.Una dintre cele mai importante părți ale spectrometrului este ansamblul oglinzii fixe. El trebuie să fie reglat (mișcat lin) în timpul procesului de asamblare. A fost necesar să se ofere posibilitatea de a înclina oglinda de-a lungul a două axe și de a o deplasa cu precizie în direcția longitudinală (de ce - mai jos), în timp ce oglinda nu ar trebui să se încline.
Baza ansamblului oglinzii fixe este o treaptă cu o singură axă cu un șurub micrometru. Aveam deja aceste noduri, era necesar doar să le conectez împreună. Pentru o conexiune fără joc, am folosit o simplă fixare a scenei la un șurub micrometru cu un arc situat în interiorul bazei scenei.
Am făcut acest lucru folosind trei șuruburi de reglare scoase dintr-un teodolit rupt. O placă metalică cu o oglindă lipită este presată de arcuri la capetele acestor șuruburi, iar șuruburile în sine sunt fixate într-un colț metalic înșurubat la
masa.
Designul este clar din fotografii:
Șuruburile de reglare a oglinzii și șurubul micrometru sunt vizibile.
Oglinda în sine este vizibilă în față. Este preluat de pe un scaner. O caracteristică importantă a oglinzii este că acoperirea oglinzii trebuie să fie în fața oglinzii și, pentru ca liniile de interferență să nu fie strâmbe, suprafața oglinzii trebuie să fie de bună calitate.
Vizualizare de sus:
Puteți vedea arcurile apăsând masa în șurubul micrometric și fixarea plăcii cu oglinda în colț.
După cum puteți vedea din fotografii, ansamblul oglinzii fixe este atașat la o placă de PAL. Baza de lemn a interferometrului nu este în mod clar cea mai bună soluție, dar a fost problematic să-l confecționăm din metal acasă.
Acum puteți verifica posibilitatea de a obține interferențe acasă - adică pentru a asambla interferometrul. O oglindă există deja, deci trebuie adăugată o a doua oglindă de testare și un separator de fascicul. Am avut un cub de separare a fasciculului și l-am folosit, deși cubul din interferometru funcționează mai rău decât placa de separare a fasciculului - marginile sale dau reflexii suplimentare de lumină. Rezultatul este următoarea construcție:
Pe una dintre părțile laterale ale cubului, care nu este orientată spre oglindă, trebuie să direcționați lumina, iar prin cealaltă puteți observa interferența.
După asamblare, oglinzile nu sunt poziționate prea perpendicular și, prin urmare, trebuie efectuată o aliniere inițială. Am făcut-o cu o diodă laser de mică putere conectată la un obiectiv colimant de un diametru destul de mare. La laser trebuie aplicat un curent foarte mic, astfel încât să se poată privi direct la cristal. Rezultatul este o sursă de lumină punctuală.
Laserul este instalat în fața interferometrului, iar reflexiile sale în oglinzi sunt observate prin cub. Pentru ușurința observării, am atașat o prismă cubului, direcționând radiația care iese din cub în sus. Acum, rotind șuruburile de reglare a oglinzii, trebuie să combinați cele două reflexii vizibile ale laserului într-una.
Din păcate, nu am fotografii ale acestui proces și nu arată foarte clar - din cauza strălucirii din cub, puteți vedea multe puncte luminoase. Totul devine mult mai clar atunci când începeți să rotiți șuruburile de reglare - unele dintre puncte încep să se miște, iar altele rămân la locul lor.
După ce oglinzile au fost aliniate în modul descris mai sus, este suficient să creșteți puterea laserului - și iată-l, interferența! Arată aproape la fel ca în fotografia de la începutul articolului. Cu toate acestea, este periculos să observați radiația laser cu ochii, așa că pentru a vedea interferențele, trebuie să instalați un fel de ecran după cub. Am folosit o bucată simplă de hârtie prin care puteți vedea marginile de interferență - puterea și coerența laserului sunt suficiente pentru a crea o imagine de contrast suficient de mare. Rotind șuruburile de reglare ale oglinzii, puteți schimba lățimea dungilor - este evident că dungile prea înguste sunt problematice de observat. Cu cât interferometrul este mai bine aliniat, cu atât sunt mai largi marginile. Cu toate acestea, așa cum am menționat deja, cele mai mici abateri ale oglinzilor duc la dezaliniere și, prin urmare, liniile devin prea înguste și nedistinguibile. Sensibilitatea interferometrului rezultat la deformări și vibrații este enormă - este suficient să apăsați baza plăcii oriunde, iar liniile încep să se miște. Chiar și pașii dintr-o cameră fac să tremure liniile.
Cu toate acestea, interferența luminii laser coerente nu este încă ceea ce este necesar pentru ca un spectrometru Fourier să funcționeze. Un astfel de spectrometru ar trebui să funcționeze cu orice sursă de lumină, inclusiv cu cea albă. Lungimea de coerență a luminii albe este de aproximativ 1 micron.
Pentru diode emițătoare de lumină, această valoare poate fi mai mare - câteva zeci de micrometri. Interferometrul formează un model de interferență numai atunci când diferența de traiectorie a fasciculelor de lumină pentru fiecare dintre oglinzi și separatorul de fascicul este mai mică decât lungimea coerenței radiațiilor. Pentru un laser, chiar și unul semiconductor, este mare - mai mult de câțiva milimetri, astfel încât interferența apare imediat după alinierea oglinzilor. Dar chiar și de la LED, este mult mai dificil să obțineți interferențe - prin deplasarea oglinzii în direcția longitudinală cu un șurub micrometric, trebuie să vă asigurați că diferența de traiectorie a razelor se încadrează în intervalul dorit de microni.
Cu toate acestea, așa cum am spus deja, atunci când vă deplasați, în special suficient de mare (sute de microni), datorită mecanicii insuficient de înaltă de calitate a scenei, oglinda se poate roti ușor, ceea ce duce la faptul că condițiile pentru observarea interferenței dispar. Prin urmare, este adesea necesar să reinstalați laserul în locul LED-ului și să corectați alinierea oglinzii cu șuruburi.
La final, după o jumătate de oră de încercări, când deja părea că nu este deloc realist, am reușit să obțin interferența luminii de la LED.
După cum sa dovedit puțin mai târziu, în loc să observați interferența printr-o bucată de hârtie la ieșirea cubului, este mai bine să instalați o peliculă mată în fața cubului - așa se dovedește sursă de lumină extinsă... Ca urmare, interferența poate fi observată direct cu ochii, ceea ce simplifică foarte mult observarea.
S-a dovedit așa (puteți vedea reflexia cubului în prismă):
Apoi, am reușit să obținem interferențe în lumina albă de la o lanternă cu LED (fotografia prezintă un film mat - este orientat spre cameră și puteți vedea un punct slab de lumină de la lanternă):
Dacă atingeți oricare dintre oglinzi, liniile încep să se miște și se estompează până când dispar complet. Perioada liniilor depinde de lungimea de undă a radiației, așa cum se arată în imaginea sintetizată găsită pe internet:
Acum că interferometrul este realizat, trebuie să realizăm un ansamblu oglindă mobilă care să îl înlocuiască pe cel de testare. Inițial, am planificat să lipesc pur și simplu o mică oglindă pe difuzor și să aplic curent pentru a schimba poziția oglinzii. Rezultatul este următoarea construcție:
După instalare, care a necesitat o nouă aliniere a oglinzii staționare, sa dovedit că oglinda se leagănă prea mult pe difuzorul difuzorului și o deformează oarecum atunci când curentul este aplicat prin difuzor. Cu toate acestea, prin schimbarea curentului prin difuzor, a fost posibilă mișcarea lină a oglinzii.
Prin urmare, am decis să fac designul mai robust, folosind un mecanism care este utilizat în unele spectrometre - un paralelogram cu arc. Designul este clar din fotografie:
Unitatea rezultată s-a dovedit a fi mult mai puternică decât cea anterioară, deși rigiditatea arcurilor cu plăci metalice a ieșit oarecum ridicată.
În stânga este o placă cu o gaură a diafragmei. Protejează spectrometrul de lumina externă.
O lentilă de colimare este instalată între gaură și cubul de divizare a fasciculului, lipit de cadrul metalic:
Un suport special din plastic este vizibil pe cadru, în care puteți introduce un film mat (situat în colțul din dreapta jos).
Obiectiv instalat pentru fotodetector. O mică oglindă pe un suport pivotant este instalată între obiectiv și cub. Înlocuiește prisma folosită anterior. Fotografia de la începutul articolului a fost făcută prin el. Când oglinda este întoarsă în poziția de observare, aceasta se suprapune peste obiectiv și înregistrarea spectrogramei devine imposibilă. În acest caz, este necesar să nu mai trimiteți un semnal către difuzorul oglinzii mobile - din cauza oscilațiilor prea rapide, liniile nu sunt vizibile ochiului.
Un alt tabel cu o singură axă este vizibil în centrul inferior. Inițial, un senzor foto a fost fixat pe el, dar masa nu a oferit niciun avantaj special, iar ulterior l-am dat jos.
Am instalat un obiectiv de focalizare de la camera din față:
Pentru a simplifica alinierea și testarea spectrometrului, am instalat o fotodiodă roșie lângă diafragmă.
Dioda este montată pe un suport special pivotant, astfel încât să poată fi utilizat ca sursă de radiație de testare pentru un spectrometru, în timp ce fluxul de lumină de la obiectiv este blocat. LED-ul este controlat de un comutator instalat sub suport.
Acum merită să povestim puțin mai mult despre senzorii foto. S-a planificat inițial să se utilizeze o singură fotodiodă de siliciu comună. Cu toate acestea, primele încercări de a realiza un amplificator de înaltă calitate pentru fotodiodă s-au dovedit a fi o defecțiune, așa că am decis să folosesc fotosensorul OPT101, care conține deja un amplificator cu un factor de conversie de 1.000.000 (1 μA -\u003e 1V).
Acest senzor a funcționat destul de bine, mai ales după ce am eliminat tabelul menționat mai sus și am ajustat înălțimea senzorului cu precizie.
Cu toate acestea, o fotodiodă de siliciu poate primi radiații numai în intervalul de lungimi de undă de 400-1100 nm.
Liniile de absorbție ale diferitelor substanțe se află de obicei mai departe și este necesară o diodă diferită pentru a le detecta.
Există mai multe tipuri de fotodioduri disponibile pentru aplicațiile NIR. Pentru un dispozitiv simplu de casă, fotodiodele de germaniu sunt cele mai potrivite, capabile să primească radiații în intervalul 600 - 1700 nm. Aceste diode au fost produse înapoi în URSS, deci sunt relativ ieftine și accesibile.
Sensibilitate la fotodiodă:
Am reușit să obțin fotodiodele FD-3A și FD-9E111. În spectrometru, l-am folosit pe al doilea - are o sensibilitate ceva mai mare. Pentru această fotodiodă, a trebuit să montăm un amplificator. Este realizat folosind amplificatorul operațional TL072. Pentru ca amplificatorul să funcționeze, a fost necesar să-l alimentați cu o tensiune de polaritate negativă. Pentru a obține această tensiune, am folosit un convertor DC-DC gata fabricat cu izolație galvanică.
Fotografia unei fotodiode cu un amplificator:
Fascicul de lumină de la interferometru trebuie să fie focalizat pe ambele fotodiode. Un separator de fascicul ar putea fi folosit pentru a separa lumina de obiectiv, dar acest lucru ar atenua semnalele de la diode. Prin urmare, după obiectiv, a fost instalată o altă oglindă pivotantă, cu ajutorul căreia puteți direcționa lumina către dioda dorită. Rezultatul este următorul ansamblu fotosensor:
În centrul fotografiei se află obiectivul, deasupra acestuia se află laserul de canal de referință. Laserul este la fel ca în telemetru, preluat de pe unitatea DVD. Laserul începe să formeze radiații coerente de înaltă calitate doar la un anumit curent. În acest caz, puterea de radiație este destul de mare. Prin urmare, pentru a limita puterea fasciculului, a trebuit să acoper obiectivul laser cu un filtru de lumină. În dreapta, există un senzor pe OPT101, în partea de jos - o fotodiodă de germaniu cu un amplificator.
În canalul de referință pentru recepția radiației laser, se folosește o fotodiodă FD-263, semnalul de la care este amplificat de un amplificator operațional LM358. În acest canal, nivelul semnalului este foarte ridicat, deci câștigul este de 2.
Rezultatul este următoarea construcție:
Sub suportul de testare a LED-ului se află o mică prismă care direcționează fasciculul laser către fotodioda canalului de referință.
Un exemplu de oscilogramă obținut de la un spectrometru (un LED alb servește ca sursă de radiație): 
Linia galbenă este semnalul alimentat către difuzorul oglinzii în mișcare, linia albastră este semnalul de la OPT101, linia roșie este rezultatul transformării Fourier efectuată de osciloscop.
Partea software
Fără procesarea software-ului, spectrometrul Fourier este imposibil - pe computer se realizează transformata Fourier inversă, care convertește interferograma primită de la spectrometru în spectrul semnalului original.În cazul meu, este deosebit de dificil să controlez oglinda cu un semnal sinusoidal. Din acest motiv, oglinda se mișcă, de asemenea, într-o manieră sinusoidală, ceea ce înseamnă că viteza sa se schimbă constant. Se pare că semnalul de la ieșirea interferometrului se dovedește a fi modulat în frecvență. Astfel, programul trebuie să corecteze și frecvența semnalului procesat.
Întregul program este scris în C #. Lucrul cu sunetul se face folosind biblioteca NAudio. Programul nu numai că procesează semnalul de la spectrometru, dar generează și un semnal sinusoidal cu o frecvență de 20 Hz pentru a controla oglinda mobilă. Frecvențele mai mari sunt mai puțin bine transmise de mecanica oglinzii mobile.
Procesul de procesare a semnalului poate fi împărțit în mai multe etape, iar rezultatele procesării semnalului în program pot fi vizualizate pe file separate.
În primul rând, programul primește o matrice de date de pe placa audio. Această matrice conține date de pe canalele principale și de referință:
Deasupra - semnalul de referință, dedesubt - semnalul de la una dintre fotodiodele la ieșirea interferometrului. În acest caz, un LED verde este utilizat ca sursă de semnal.
Procesarea semnalului de referință s-a dovedit a fi destul de dificilă. Trebuie să căutăm minimele și maximele locale ale semnalului (marcate pe grafic cu puncte colorate), să calculăm viteza oglinzii (curbă portocalie) și să căutăm punctele de viteză minimă (marcate cu puncte negre). Simetria semnalului de referință este importantă pentru aceste puncte, astfel încât acestea să nu coincidă întotdeauna exact cu viteza minimă reală.
Una dintre minimele de viteză găsite este luată ca origine a interferogramei (marcată cu o linie roșie verticală). Mai mult, se distinge o perioadă de oscilație a oglinzii:
Numărul perioadelor de oscilație a semnalului de referință într-o singură trecere a oglinzii (între cele două puncte negre din captura de ecran de mai sus) este indicat în dreapta: "PERIOADE REF: 68". După cum am menționat deja, interferograma rezultată este modulată în frecvență și trebuie corectată. Pentru corectare, am folosit date despre perioada curentă de fluctuații ale semnalului în canalul de referință. Corecția se efectuează prin interpolare a semnalului folosind metoda splinei cubice. Rezultatul este vizibil mai jos (este afișată doar jumătate din interferogramă):
Se obține interferograma, acum puteți efectua transformata Fourier inversă. Se face folosind biblioteca FFTW. Rezultatul conversiei:
Ca urmare a acestei transformări, se obține spectrul semnalului original în domeniul frecvenței. În captura de ecran, este convertită în centimetri inversi (CM ^ -1), care sunt adesea folosiți în spectroscopie. Dar sunt încă mai obișnuit cu scara în lungimi de undă, așa că spectrul trebuie recalculat:
Se poate observa că rezoluția spectrometrului scade odată cu creșterea lungimii de undă. Puteți îmbunătăți ușor forma spectrului adăugând zerouri la sfârșitul interferogramei, ceea ce este echivalent cu efectuarea interpolării după efectuarea transformării.
Exemple de spectre obținute
Radiații laser:În stânga, curentul nominal este aplicat laserului, în dreapta, un curent mult mai mic. După cum se poate observa, cu curent descrescător, coerența radiației laser scade și lățimea spectrului crește.
Sursele utilizate au fost: diode "ultraviolete", diode albastre, galbene, albe și două diode IR cu lungimi de undă diferite.
Spectre de transmisie ale unor filtre de lumină:
Spectrele de emisie sunt prezentate după filtrele de interferență, luate din densitometru. În colțul din dreapta jos - spectrul de radiații după filtrul IR, preluat de pe cameră. Este demn de remarcat faptul că acestea nu sunt transmitanțele acestor filtre - pentru a măsura curba de transmisie a filtrului, trebuie să țineți cont de forma spectrului sursei de lumină - în cazul meu este o lampă cu incandescență. Cu o astfel de lampă, spectrometrul a avut anumite probleme - după cum sa dovedit, spectrele surselor de lumină în bandă largă sunt obținute cumva neîndemânatic. Nu am reușit să-mi dau seama cu ce este legat acest lucru. Poate că problema este legată de mișcarea neliniară a oglinzii, posibil - de dispersia radiației în cub sau de o corectare slabă a sensibilității spectrale inegale a fotodiodei.
Iată spectrul de emisie rezultat al lămpii:
Dinții din spectrul din dreapta sunt o caracteristică a algoritmului care compensează sensibilitatea spectrală inegală a fotodiodei.
În mod ideal, spectrul ar trebui să arate astfel:
În timp ce testați spectrometrul, nu puteți să nu priviți spectrul unei lămpi fluorescente - are o formă „dungată” caracteristică. Cu toate acestea, la înregistrarea spectrului cu un spectrometru Fourier al spectrului unei lămpi convenționale de 220V, apare o problemă - lampa pâlpâie. Cu toate acestea, transformata Fourier vă permite să separați oscilațiile de frecvență mai mare (unități de kHz), date de interferență, de cele de frecvență joasă (100 Hz), date de rețea:
Spectrul unei lămpi fluorescente obținut de un spectrometru industrial:
Toate spectrele de mai sus au fost obținute folosind o fotodiodă de siliciu. Acum voi da spectrele obținute cu o fotodiodă de germaniu:
Primul este spectrul lămpii cu incandescență. După cum puteți vedea, nu este foarte asemănător cu spectrul unei lămpi reale (deja dat mai devreme).
În dreapta este spectrul de transmisie al unei soluții de sulfat de cupru. Interesant este că nu transmite radiații infraroșii. Un vârf mic la 650 nm este asociat cu reflexia radiației laser de la canalul de referință la bază.
Așa a fost filmat spectrul:
Mai jos este spectrul de transmitere a apei, în dreapta acestuia este un grafic al spectrului real de transmitere a apei.
Urmează spectrele de transmisie ale acetonei, soluției de clorură ferică, alcoolului izopropilic.
În cele din urmă, voi oferi spectrele radiației solare obținute de fotodiodele de siliciu și germaniu:
Forma inegală a spectrului este asociată cu absorbția radiației solare de către substanțele conținute în atmosferă. În dreapta este forma reală a spectrului. Forma spectrului obținut de fotodioda de germaniu diferă semnificativ de spectrul real, deși liniile de absorbție sunt în locurile lor.
Astfel, în ciuda tuturor problemelor, am reușit totuși să obțin interferența luminii albe acasă și să fac un spectrometru Fourier. După cum puteți vedea, nu este lipsit de dezavantajele sale - spectrele sunt oarecum curbe, rezoluția este chiar mai proastă decât cea a unor spectrometre de casă cu o grătar de difracție (aceasta se datorează în primul rând mișcării lente a oglinzii oglinzii în mișcare) . Dar totuși - funcționează!
Prieteni se apropie vineri seara, acesta este un moment intim minunat când, sub acoperirea unui amurg ademenitor, puteți ajunge la spectrometrul dvs. și puteți măsura spectrul unei lămpi incandescente până la primele raze ale soarelui care răsare și când răsare soarele, măsură-i spectrul.
Cum încă nu ai propriul tău spectrometru? Nu contează, să trecem sub pisică și să corectăm această neînțelegere.
Atenţie! Acest articol nu pretinde a fi un tutorial complet, dar poate în 20 de minute după ce l-ați citit, veți extinde primul spectru de radiații.
Omul și spectroscopul
Vă voi spune în ordinea în care am parcurs eu toate etapele, s-ar putea spune din cel mai rău în cel mai bun. Dacă cineva urmărește simultan un rezultat mai mult sau mai puțin grav, atunci jumătate din articol poate fi omisă în siguranță. Ei bine, oamenii cu mâinile strâmbe (ca ale mele) și doar curioși vor fi interesați să citească despre încercările mele încă de la început.Există suficiente materiale pe Internet despre cum să asamblați un spectrometru / spectroscop cu propriile mâini din materiale reziduale.
Pentru a achiziționa un spectroscop acasă, în cel mai simplu caz nu veți avea nevoie de mult - un CD / DVD gol și o cutie.
La primele mele experimente în studiul spectrului am fost îndemnat de acest material - Spectroscopia
De fapt, datorită dezvoltărilor autorului, mi-am asamblat primul spectroscop dintr-o grătară de difracție transmisivă a unui disc DVD și o cutie de carton din ceai și chiar mai devreme înainte, o bucată de carton densă cu un slot și o grătar transmisiv de pe un DVD discul mi-a fost suficient.
Nu pot spune că rezultatele au fost uimitoare, dar primele spectre au fost complet obținute, salvate în mod miraculos fotografii ale procesului sub spoiler
Fotografie a spectroscopului și a spectrului
Prima opțiune cu o bucată de carton 
A doua opțiune cu o cutie de ceai 
Și spectrul capturat
Singurul lucru pentru confortul meu, el a modificat acest design cu o cameră video USB, s-a dovedit astfel:
spectrometru foto
Trebuie să spun imediat că această modificare m-a salvat de nevoia de a folosi o cameră de telefonie mobilă, dar a existat un dezavantaj, camera nu a putut fi calibrată la setările serviciului Spectral Worckbench (care va fi discutat mai jos). Prin urmare, nu am putut capta spectrul în timp real, dar am putut recunoaște pe deplin fotografiile deja colectate.
Deci, să presupunem că ați cumpărat sau asamblat un spectroscop conform instrucțiunilor de mai sus.
După aceea, creați un cont în proiectul PublicLab.org și accesați pagina de servicii SpectralWorkbench.org. În continuare, vă voi descrie tehnica de recunoaștere a spectrului pe care am folosit-o eu.
Pentru început, va trebui să ne calibrăm spectrometrul.Pentru a face acest lucru, va trebui să faceți un instantaneu al spectrului unei lămpi fluorescente, de preferință o lampă de plafon mare, dar este potrivită și o lampă cu economie de energie.
1) Apăsați butonul Capture spectra
2) Încărcați imaginea
3) Completați câmpurile, selectați un fișier, selectați o nouă calibrare, selectați un dispozitiv (puteți selecta un mini spectroscop sau doar personalizat), selectați ce spectru aveți, vertical sau orizontal, astfel încât spectrele din captura de ecran a celei anterioare programul este clar - orizontal
4) Se va deschide o fereastră cu grafice.
5) Verificarea modului în care spectrul dvs. este rotit. Ar trebui să existe un interval albastru în stânga și roșu în dreapta. Dacă nu este cazul, selectați butonul pentru mai multe instrumente - răsturnați orizontal, după care vedem că imaginea s-a rotit, dar graficul nu, așa că apăsați mai multe instrumente - re-extrageți din foto, toate vârfurile corespund din nou cu realul vârfuri.
6) Apăsați butonul Calibrare, apăsați Start, selectați vârful albastru direct pe diagramă (vezi captura de ecran), apăsați LMB și fereastra pop-up se deschide din nou, acum trebuie să apăsați finisare și selectați vârful verde extrem, după care pagina se va reîmprospăta și vom obține imaginea calibrată după lungimi de undă.
Acum puteți completa alte spectre investigate, când solicitați o calibrare, trebuie să specificați graficul pe care l-am calibrat deja.
Captură de ecran
Tipul programului configurat 
Atenţie! Calibrarea presupune că, ulterior, veți face fotografii cu același aparat care a calibrat schimbarea aparatului de rezoluție a imaginii, o schimbare puternică a spectrului din fotografie în raport cu poziția din exemplul calibrat poate distorsiona rezultatele măsurătorilor.
Sincer, mi-am corectat ușor pozele în editor. Dacă a apărut o flare, a întunecat mediul, uneori a rotit puțin spectrul pentru a obține o imagine dreptunghiulară, dar repet încă o dată dimensiunea fișierului și poziția spectrului în sine față de centrul imaginii, este mai bine să nu Schimbare.
Cu restul funcțiilor, cum ar fi macro-urile, reglarea automată sau manuală a luminozității, vă sugerez să vă dați seama singur, în opinia mea, acestea nu sunt atât de critice.
Graficele rezultate sunt apoi transferate în mod convenabil către CSV, în timp ce primul număr va fi o lungime de undă fracționată (probabil fracționată), iar valoarea relativă medie a intensității radiației va fi separată printr-o virgulă. Valorile obținute arată frumos sub formă de grafice construite de exemplu în Scilab
SpectralWorkbench.org are aplicații pentru smartphone. Nu le-am folosit. de aceea nu pot evalua.
O zi plină de culoare în toate culorile prietenilor curcubeu.
UPD: La cererea lui DrZugrik, voi scrie în plus că opțiunea cu echipamentul SpectralWorckbench este una dintre cele mai prietenoase cu bugetul, poate costa 500 de unități convenționale permanent.
În articolele anterioare am descris cum am testat diferite LED-uri de plante. Pentru a analiza spectrul, eu și luată de la un profesor de fizică pe care îl cunosc.
Dar nevoia unui astfel de dispozitiv apare periodic și spectroscopul, sau chiar mai bine, ar dori spectrometrul să fie la îndemână.
Alegerea mea este un spectroscop de bijuterii cu o rețea de difracție
Odată ce a fost un lucru pentru bijutieri, setul a inclus o carcasă "din piele"
Dimensiunile spectroscopului sunt mici
Ce altceva era clar din descrierea magazinului
Totul este asamblat strâns, deci nu va exista dezmembrare.
Să credem, de asemenea, că există un obiectiv-obiectiv pe o parte a tubului și o grătar de difracție și o sticlă de protecție pe de altă parte.
Și în interior este un curcubeu frumos. După ce l-a admirat după pofta inimii sale, a început să caute la ce să se uite în spectru.
Din păcate, nu a fost posibil să folosim spectroscopul pentru scopul propus, întrucât întreaga mea colecție de diamante și pietre prețioase s-a limitat la o verighetă, care este complet opacă și nu oferă niciun spectru. Ei bine, poate în flacăra arzătorului))).
Dar lampa fluorescentă cu mercur a dat sincer o mulțime de dungi frumoase. După ce am admirat diferite surse de lumină după conținutul inimii mele, am fost nedumerit de întrebarea că imaginea trebuie cumva fixată și spectrul măsurat.
Un pic de bricolaj
O imagine a unui atașament al camerei se învârtea în capul meu mult timp, iar sub masă era una care nu a suferit ultima modernizare, dar a copiat cu succes cu plastic din PVC.
Designul nu este foarte frumos. Cu toate acestea, reacțiile din X și Y, nu am câștigat complet. Nu există deja șuruburi cu bilă în ansamblu și așteaptă sosirea șinelor liniare de susținere.
Dar funcționalitatea sa dovedit a fi destul de acceptabilă, astfel încât curcubeul a fost afișat pe un Canon vechi, care a rămas inactiv de mult timp.
Adevărat, aici am fost dezamăgit. Frumosul curcubeu devenea discret.
Vina este matricea RGB a oricărei camere și camere. După ce m-am jucat cu setările de balans de alb și modurile de fotografiere, m-am înțeles cu imaginea.
La urma urmei, refracția luminii nu depinde de ce culoare să fixeze imaginea. O cameră alb-negru cu cea mai uniformă sensibilitate pe întreaga lățime a intervalului măsurat ar fi potrivită pentru analiza spectrală.
Tehnica analizei spectrale.
Prin încercări și erori, a fost trasată o astfel de tehnică
1. Este desenată o imagine a gamei de lumină vizibilă (400-720nm), principalele linii de mercur pentru calibrare sunt indicate pe ea.
2. Sunt luate mai multe spectre, întotdeauna cu una de mercur de referință. Într-o serie de sondaje, este necesar să se fixeze poziția spectroscopului pe obiectiv pentru a exclude o deplasare a spectrului din seria de imagini pe orizontală.
3. În editorul grafic, scala este ajustată la spectrul de mercur, iar toate celelalte spectre sunt scalate fără deplasare orizontală în editor. Se pare că așa ceva
4. Ei bine, atunci totul este introdus în programul de analiză a spectrometrului de telefonie mobilă din acest articol
Verificăm tehnica cu un laser verde, pentru care este cunoscută lungimea de undă - 532nm
Eroarea s-a dovedit a fi de aproximativ 1%, ceea ce este foarte bun cu tehnica manuală de montare a liniilor de mercur și desenarea unei scări practic cu mâna.
Pe parcurs, am aflat că laserele verzi nu sunt radiații directe, cum ar fi roșu sau albastru, ci folosesc pomparea diodelor în stare solidă (DPSS) cu o grămadă de emisii secundare. Trăiește și învață!
Măsurarea lungimii de undă a laserului roșu a confirmat, de asemenea, corectitudinea metodei.
Pentru interes, am măsurat spectrul lumânării
și arderea gazelor naturale
Acum puteți măsura spectrul LED-urilor, de exemplu „spectrul complet” pentru plante
Spectrometrul este gata și funcționează. Acum îl voi folosi pentru a pregăti următoarea recenzie - o comparație a caracteristicilor LED-urilor de la diferiți producători, dacă chinezii ne păcălesc și cum să facem alegerea corectă.
Pe scurt, sunt mulțumit de rezultat. Poate că a avut sens conectarea spectroscopului la o cameră web pentru măsurarea continuă a spectrului, ca în acest proiect
Testarea spectrometrului de către asistentul meu
Asigurați-vă că urmăriți videoclipul pe canale (există liste de redare tematice):
https://www.youtube.com/channel/UCn5qLf1n8NS-kd7MAatofHw
https://www.youtube.com/channel/UCoE9-mQgO6uRPBQ9lsPZXxA
Vă rugăm să ajutați să câștigați 1000 de abonați pe primul canal și cel puțin 4000 de ore de vizionări în ultimul an pe fiecare dintre ei, pentru aceasta, urmăriți cel puțin un videoclip integral!
Această imagine frumoasă este o fotografie a luminii și a spectrului infraroșu emis de lampă de sodiu de înaltă presiune NLVD tip DNaT (Arc tubular de sodiu). Pentru a vizualiza și fotografia diverse spectre, este suficient să aveți o cameră digitală și un CD-R sau DVD-R special pregătit. Acesta din urmă subestimează strălucirea, în special a roșu. CD-R reduce luminozitatea albastrului și produce o rezoluție mai mică. Prima fotografie a fost făcută prin DVD-R.
Cele două linii galbene sunt dubletul de sodiu cu lungimi de undă de 588.995 și 589.5924 nm. Al doilea dublet este în infraroșu 818,3 și 819,4 nm.
Graficul spectrului.
Acum câteva cuvinte despre pregătirea discurilor. O parte trebuie decupată din disc pentru a acoperi complet obiectivul.
În fotografie DVD-R este violet. Avem nevoie grilaj de difracție transparent, prin urmare, pe CD-R lipim o bandă largă pe partea inscripțiilor. O rupem și împreună cu banda scotch se scoate capacul discului. Cu DVD-R, este și mai ușor, piesa tăiată se împarte cu ușurință în două părți, de care avem nevoie.
Acum, folosind bandă dublă, trebuie să lipiți grila de difracție a obiectivului, ca în fotografia de mai jos. Trebuie să lipiți pe partea opusă celei din care este rupt stratul, deoarece suprafața de sub strat este ușor contaminată de lentilă, iar după curățare calitatea imaginii spectrului va fi mai proastă.
Rezultatul este cel mai simplu spectroscop, cel mai potrivit pentru studierea surselor de lumină de la o anumită distanță.
Dacă vrem să studiem nu numai spectrul vizibil, ci și infraroșul și, în unele cazuri, ultravioletul, atunci este necesar să scoatem filtrul de pe camera care blochează razele infraroșii. Trebuie remarcat faptul că parte a spectrului IR și UV vizibilă pentru ochi la o intensitate de radiație suficient de mare (punctele laser 780 și 808 nm, un cristal LED de 940 nm în întuneric). Dacă este necesar să se asigure aceeași senzație vizuală pentru lungimile de undă de 760 nm și 555 nm, atunci fluxul de radiații pentru 760 nm trebuie să fie de 20.000 de ori mai puternic. Și pentru 365 nm este de un milion de ori mai puternic.
Să ne întoarcem la filtrul numit Hot Mirror, care se află în fața matricei. Trebuie să deschideți corpul camerei, să deșurubați șuruburile care atașează matricea la obiectiv, să scoateți filtrul și să asamblați camera în ordine inversă. Hot Mirror arată astfel:
2 filtre stânga de la camere. Au un luciu roz, iar culoarea turcoaz apare la un unghi diferit. În plus față de IR, pot bloca parțial sau complet razele ultraviolete. Prin urmare, îndepărtarea lor deschide oportunități nu numai pentru fotografia în infraroșu, ci și ultraviolet, dacă optica și matricea camerei permit. Pentru fotografia UV, filtrele UV-pass sunt folosite pentru a bloca lumina vizibilă.
Acum ne întoarcem la procesul de fotografiere a spectrelor. Camera ar trebui să fie întunecată, în plus, puteți utiliza un ecran negru lângă cameră, o sursă de lumină punctată sau cu fantă care luminează minimal camera. Pornind camera, vom vedea această imagine folosind exemplul unui laser de 405 nm care strălucește printr-o fantă îngustă între două lame:
Punctul central este laserul în sine. Două linii sunt spectrul său. Puteți folosi oricare dintre ele. Pentru a face acest lucru, trebuie să rotiți camera și să măriți. Dacă continuăm să mutăm camera, vom vedea alte câteva linii ale celei de-a doua, a treia etc. ordinele spectrului. În unele cazuri, ele vor interfera, de exemplu, linia verde de ordinul doi va fi suprapusă peste linia cu infraroșu de 1064 nm. Acest lucru se întâmplă în spectrul unui laser verde, cu excepția cazului în care este instalat un filtru tăiat IR. Se află în colțul din dreapta jos în fotografia filtrului. Pentru a elimina suprapunerea, am folosit un filtru roșu. Fotografia acestui exemplu cu lungimi de undă semnate:
După cum puteți vedea, linia verde de ordinul doi acoperea complet linia de 1064 nm. Și următoarea fotografie cu lumină verde blocată, unde rămân doar două linii IR, 808 nm și 1064 nm. De atunci nu am semnat. locația este identică cu fotografia anterioară.
Din imagine, unde există o sursă de radiații, o lungime de undă cunoscută și mai multe necunoscute, acestea pot fi ușor identificate. De exemplu, deschideți o fotografie cu subtitrări în Photoshop. Prin instrumentul de conducere măsurați distanța de la laser la linia 532. Este egală cu 1876 pixeli. Măsurăm distanța de la laser la linie, a cărei lungime de undă dorim să o cunoaștem, până la 808. Distanța este de 2815 p. Considerăm 532 * 2815/1876 \u003d 798 nm. Inexactitatea apare din cauza distorsionării opticii lentilei. La o aproximare optică maximă, eroarea scade. S-a observat, de asemenea, că laserul de 808 nm emite o lungime de undă mai mică, în jur de 802 nm, iar lungimea sa de undă scade pe măsură ce curentul de alimentare scade.
Și fără o sursă de radiații, fotografia poate fi determinată cunoscând celelalte două lungimi de undă. Măsurăm lungimea de la linia 532 la 1064, sunt 1901 p. De la 532 la 808, obținem 939 p. Considerăm (1064-532) / 1901 * 939 + 532 \u003d 795 nm.
Dar cea mai ușoară cale este de a compara o fotografie cu două linii cunoscute cu scară... În acest caz, nimic nu este nevoie să numeri.
Mai departe spectru de lămpi cu incandescență, care este foarte asemănător cu spectrul Soarelui, dar nu conține Liniile Fraunhofer... Interesant este faptul că camera afișează radiații infraroșii de până la 800 nm ca portocaliu, iar mai mult de 800 nm arată ca violet.
Spectru LED alb de asemenea continuu, dar are o scufundare în fața regiunii verzi și un vârf în regiunea albastră de 450-460nm, care este cauzat de utilizarea unui LED albastru corespunzător acoperit cu un fosfor galben. Cu cât temperatura de culoare a LED-ului este mai mare, cu atât vârful albastru este mai mare. Îi lipsesc razele ultraviolete și infraroșii, care erau prezente în spectrul unei lămpi cu incandescență.
Si aici spectru de lampă cu catod rece din lumina de fundal a monitorului. Este liniar și se repetă exact spectru de lampă fluorescentă... Porțiunea IR a spectrului este preluată din CFL-uri pentru o calitate mai bună a imaginii.
Acum du-te la lumina neagra ultravioleta, sau, așa cum se mai numește, lampa lui Wood. Emite lumină ultravioletă moale, cu lungime de undă. Fotografia a ieșit astfel:
Spectrul infraroșu pentru lămpile fluorescente, CCFL, lemnul este aproape la fel. Doar acestuia din urmă îi lipsesc mai multe linii care sunt cele mai apropiate de intervalul vizibil. Razele infraroșii sunt emise cel mai intens din acele părți ale lămpilor în care se află filamentele. Fotografia a fost făcută printr-un spectroscop de hârtie, mai multe despre cele de mai jos.
Spectroscop de hârtie.
Un astfel de spectroscop este potrivit pentru vizualizarea spectrului cu ochiul. Poate fi folosit și cu diferite camere, cum ar fi un telefon. Există două soiuri.
2. Funcționează pe reflecție de la o rețea de difracție. Este posibil să nu se delamineze discurile, dar apoi vor apărea duplicate palide lângă liniile strălucitoare de la lasere, din cauza reflecțiilor din interiorul discului, care nu ar trebui să fie în spectru. Este foarte dificil să transferați stratul strălucitor de CD pe o altă suprafață pentru a-l menține la fel de neted. Prin urmare, trebuie să utilizați un CD care are aceeași suprafață irizată pe ambele părți. Din partea în care există inscripții pe discurile obișnuite, trebuie să rupeți stratul transparent cu bandă adezivă. Este important ca stratul strălucitor să rămână pe disc. Am reușit să fac asta cu jumătate de disc (de la margine la centru), acest lucru a fost suficient pentru spectroscop. Dacă nu rupeți stratul transparent, spectrul uniform va apărea discontinuu cu dungi întunecate alternante.
Lipit de spectroscop inel suplimentar, cu care este ținut pe obiectivul camerei. Între sursa de lumină și spectroscop, se recomandă amplasarea film mat sau prismă cu două margini mate așa cum se arată pentru o mai bună distribuție a luminii. Partea interioară a spectroscopului este realizată din hârtie neagră fără strălucire, al doilea strat este folie, iar deasupra este hârtie simplă pe care este imprimat desenul. Partea în care intră lumina poate fi vopsită în negru, astfel încât radiațiile UV și violete să nu provoace strălucirea albă a hârtiei, denaturând imaginea.
Cu ajutorul acestui spectroscop, a fost posibil să fotografiați în mod clar și viu spectrul luminii indicator neon... Acestea sunt utilizate pentru iluminarea întrerupătoarelor, în indicatoare de funcționare a ceainicelor, sobelor și a altor dispozitive.
Nu numai laserele produc o linie subțire a spectrului. Dacă firul este scufundat într-o soluție de sare de NaCI și apoi adus în focul unui arzător cu gaz sau brichetă, atunci strălucire galbenă cu lungimi de undă de 588.995 și 589.5924 nm.
Unele brichete turbo au o placă de litiu. Colorează flacăra roșu cu 670,78 nm linie.
Mai jos este o fotografie a acestor linii spectrale împreună cu liniile laser: verde 532 nm, roșu 663 nm, infraroșu 780 nm și 808 nm.
Este convenabil să utilizați lumina galbenă de mai sus pentru determinarea perioadei rețelei de difracție în absența unui laser și calculând lungimea de undă a surselor de lumină... Cel mai simplu dispozitiv din figura de mai jos este format din două rigle, pe care una dintre ele este fixată o rețea de difracție, iar o fantă îngustă de două lame se ridică deasupra celeilalte. Se utilizează distanțele în milimetri de la rețeaua de difracție la ecran (riglă) cu o fantă și de la fantă (maxim de ordinul zero) până la maximul de primul ordin. În prima figură, trebuie să priviți printr-o rețea de difracție la o sursă de lumină cu o lungime de undă cunoscută. Astfel, puteți calcula perioada rețelei de difracție cu formula de sub această imagine și apoi, în același mod, puteți determina lungimea de undă, dar folosind formula de sub a doua figură. Acesta arată determinarea lungimii de undă a laserului într-un mod ușor diferit: laserul strălucește printr-o rețea de difracție pe o riglă. În acest caz, decalajul nu este necesar. Am folosit o rețea de difracție de la atașamentul Starry Sky care a venit cu indicatorul laser. Există două grătare, dar duza a fost demontată și un grătar a fost scos. Grila de difracție a CD-ului nu se potrivea deloc, deoarece a dat o eroare imensă de 100 nm.
Următoarea fotografie a unei surse de lumină rare este fulgerul. Spectrul intră în domeniul UV până la aproximativ 373 nm, care este limita pentru această cameră.
Spectrul unei lămpi cu descărcare albă care luminează un teren de fotbal.
