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。
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。
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。
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。
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!
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