记录制作一台玩具光谱仪,Czerny–Turner结构
SdtEE2022/01/06原创 仪器仪表 IP:四川

其实这是毕业设计来着,我靠前的几个意愿都是做纯软项目,很不幸一个没捞到,然后分配到了这个我一窍不通的题目……此前我就有印象科创的极客DIY版有好几个做光谱仪的贴子,开题之后我逐一阅读,最终决定采用Czerny–Turner结构来设计polychromator。目前的进度只是完成了光路计算的验证,发这个贴一是记录一下制作过程中一些有价值的细节,供写报告时备忘,二是希望在我的设计出现低级错误的时候能有大佬来指正,因为我本科专业和光学不太沾边,闹出笑话还请大家包涵。

Czerny–Turner (mono)polychromator由一个狭缝,两个凹面镜和一个闪耀光栅组成。由狭缝产生的扇形光束经过collimating mirror汇聚变成平行光,在闪耀光栅上发生衍射,第一级次再通过focusing mirror在传感器上成像。这个成的像是一系列根据波长散开的狭缝的像,换句话说,每条谱线的位置那里都是狭缝形状的一条色带,所以分辨率(每条线多窄)和狭缝宽度直接相关。

Figure10.12.jpg

关于Czerny–Turner结构几何参数的计算,这个网站有很详细的过程,这里略过,然后那个网站还提供了一个计算器来自动生成参数,经过我的实验验证,计算结果是可靠的。

然后是光学元件的选择,我直接在万能宝上买了,可选的型号比较有限。综合成本和光机的尺寸考虑,我最后选择了焦距50mm的凹面镜以及600线,500nm闪耀的光栅。最终计算的参数是,工作波长在350-874nm(超过了一倍频程,意味着相邻级次的光谱会重叠进来),光谱像的宽度16mm。

IMG_20220104_195642.jpg

对计算的光路的验证实验是前几天做的,我直接把光路打印在了纸上然后把镜片和纸上的标记对齐。狭缝是在一个3D打印的屏上贴了铝箔胶带然后划开一条缝,比较简陋。

IMG_20220104_194807.jpg

然后关灯,给狭缝打上光,衍射图样就出现了。图上从-2级到2级的光谱都比较明显(中间最亮的黄光是0级),而且可以看出来实际光路和绘制的光路是比较重合的。

这次实验用的狭缝比较拉,因为缝隙是美工刀割出来的,非常不平整,所以出来的光很乱。下一项工作就是做出来一个宽度可控的狭缝出来,目前是打算用两片刀片固定在PCB板上。如果大家有更好的方案,希望能和我分享!

20220106204236.png

来自:仪器与装备 / 仪器仪表动手实践:实验报导
4
6
已屏蔽 原因:{{ notice.reason }}已屏蔽
{{notice.noticeContent}}
~~空空如也
smith
2年3个月前 IP:广东
900158

探测器要线阵CCD,用什么


引用
评论(1)
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
RodTech
2年3个月前 IP:英国
900159

不同阶衍射重叠的问题,可以通过在传感器前加一个line variable filter或者line variable edge filter, 但是这个东西比较的贵,要求不高可以通过在焦平面外模糊的地方放一片玻璃,贴上几片不同颜色的塑料滤光片。


这个网站的计算器感觉没什么用。他能做的几件事,直接在桌上随便摆一下用手机电筒目测出聚焦清晰的光谱更快。需要软件设计的是补偿这个结构的球差和慧差,如果在中间部分fwhm最佳的尺寸,到了边缘峰形已经不对称了,需要互相权衡,是比较难实操出来的,要用ray tracing软件仿真。


换手机了没有挪老照片,等有空我找一找一些拆机图和自己做的图。

引用
评论
2
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
小谭激光
2年3个月前 IP:山东
900171

把你地址给我,我发个光谱仪给你,反正我也没软件,留着也是吃灰。

引用
评论(3)
3
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
SdtEE作者
2年3个月前 IP:四川
900183
引用RodTech发表于2楼的内容
不同阶衍射重叠的问题,可以通过在传感器前加一个line variable filter或者line ...

感谢指导,刚拿到这个题目的时候很多基础的概念和一些设计上的要点就是看版主的贴子了解的。关于球差和慧差的补偿问题,我目前的计划是先做一个能出光谱曲线的原型,之后有条件再优化精度。

引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论

想参与大家的讨论?现在就 登录 或者 注册

所属专业
所属分类
上级专业
同级专业
SdtEE
进士 机友 笔友
文章
12
回复
129
学术分
0
2014/05/11注册,1时51分前活动

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

主体类型:个人
所属领域:无
认证方式:手机号
IP归属地:未同步
文件下载
加载中...
{{errorInfo}}
{{downloadWarning}}
你在 {{downloadTime}} 下载过当前文件。
文件名称:{{resource.defaultFile.name}}
下载次数:{{resource.hits}}
上传用户:{{uploader.username}}
所需积分:{{costScores}},{{holdScores}}下载当前附件免费{{description}}
积分不足,去充值
文件已丢失

当前账号的附件下载数量限制如下:
时段 个数
{{f.startingTime}}点 - {{f.endTime}}点 {{f.fileCount}}
视频暂不能访问,请登录试试
仅供内部学术交流或培训使用,请先保存到本地。本内容不代表科创观点,未经原作者同意,请勿转载。
音频暂不能访问,请登录试试
支持的图片格式:jpg, jpeg, png
插入公式
评论控制
加载中...
文号:{{pid}}
投诉或举报
加载中...
{{tip}}
请选择违规类型:
{{reason.type}}

空空如也

加载中...
详情
详情
推送到专栏从专栏移除
设为匿名取消匿名
查看作者
回复
只看作者
加入收藏取消收藏
收藏
取消收藏
折叠回复
置顶取消置顶
评学术分
鼓励
设为精选取消精选
管理提醒
编辑
通过审核
评论控制
退修或删除
历史版本
违规记录
投诉或举报
加入黑名单移除黑名单
查看IP
{{format('YYYY/MM/DD HH:mm:ss', toc)}}