光学多道测量光谱实验.doc

【摘要】光多道探测器（OMA）是一个能够同时对多个检测通道完成光电转换，实现光谱并行检测的探测器。x射线、紫外光、可见光、红外光到微波和射频波段。本实验通过测量发光二极管发射光谱，使大家了解发光二极管的主要光学特性和光谱测量的基本方法。 光学多通道分析器是集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体的精密仪器，能够更为精确的进行光谱测量。它的结构和工作原理较为复杂，但由于使用了计算机技术而使得操作过程非常方便。本实验通过对汞灯定标和测量发光二极管的光谱从而达到了解光学多通道分析器的工作原理，理解光谱测量与分析的重要性，并掌握操作方法的目的。 传统的光谱测量技术由于受到光谱分辨率、灵敏度、时间、分析速度的限制，已经不适应科学技术的发展和应用的需要。20世纪60年代激光科学技术特别是可调谐激光技术的发展，新型光谱探测元件及探测技术的发展，光电二极管自校准技术和微弱光谱信息的接收技术和处理技术以及微处理机的应用，使光谱测量技术的发展产生了一个革命性的变化，进入了一个新的发展时期。传统的摄谱仪、光电分光光度计等光谱仪已逐渐被光学多道分析仪OMA（Optical Multi-channel Analyzer）所取代。 OMA是近十几年出现的采用光子探测器（CCD）和计算机控制的新型光谱分析仪器，它集信息采集、处理、存储诸功能于一体。由于OMA不再使用感光乳胶，避免和省去了暗室处理以及之后的一系列繁琐处理、测量工作，使传统的光谱技术发生了根本的改变，大大改善了工作条件，提高了工作效率；使用OMA分析光谱，测量准确迅速、方便，且灵敏度高、响应时间快、光谱分辨率高，测量结果可立即从显示屏上读出或由打印机、绘图仪输出。目前，它已被广泛使用于几乎所有的光谱测量、分析及研究工作中，特别适应于对微弱信号、瞬变信号的检测。 本次实验使用的WGD-8型光学多通道分析器由光栅单色仪、CCD接收单元、扫描系统、电子放大器、A/D采集单元及计算机组成（结构见下图）。它集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体，可用于分析300nm－900nm范围内的光谱。 WGD-8型光学多通道分析器原理图 CCD传感器是WGD-8型光学多通道分析器数据采集部分的核心，也是整个系统的关键所在，它的作用是将衍射光谱转换成电信号。 CCD全称电荷耦合器件(Charge—Coupled?Device)是一种以电荷量表示光量大小，用耦合方式传输电荷量的新型器件。它具有自扫描、光谱范围宽、动态范围大、体积小、功耗低、寿命长、可靠性高等一系列优点。自1970年问世以来，发展迅速、应用广泛。CCD线列已用于光谱仪，将它置于光谱仪的光谱面，一次曝光就可获得整个光谱，并且易于与计算机连接。面阵CCD已用于电视摄像机和卫星遥感器。CCD的工作过程是：当CCD受到光照后，各个CCD单元内贮存的电荷量与它的曝光量成正比；若给它施加特定时序的脉冲，其内部单元存贮的信号电荷便能在CCD内作定向传输、实现自扫描，进而将由光照感生的电荷依次传送出去。 WGD-8型光学多通道分析器数据采集部分的另一个作用是将线阵CCD输出的模拟电压信号转换成数字电压信号，并存储在外部RAM中。这样数据就成为计算机能够读取的有效数据了。 计算机处理部分的功能是控制整个系统工作，将数据由外部RAM中读入、并保存在内部RAM并作分析、处理，最后计算出结果并根据要求显示和打印。因此对于计算机的使用是本次实验的关键，实验之前必须把软件的说明仔细阅读，同时对于计算机与光学多通道分析器的连接线路也应该仔细研究。最后考虑到数据量可能比较大，我们需要耐心等待实验结果并且尽量不干扰仪器获得的数字电压信号及原始数据。 WGD-8A型光学多道分析仪仪器参数如下： 示值精度：0.01nm 波长精度：0.4nm 分辨率：优于0.06nm 钠灯特征谱线：589.0nm、589.6nm 氢灯特征谱线：656.28nm、486.13nm、434.05nm、410.18nm? 氘灯特征谱线：656.11nm、486.01nm、433.93nm、410.07nm 汞灯特征谱线：312.6nm、313.2 nm、334.2 nm、404.7 nm、407.8 nm、435.8 nm、491.6 nm、546.1 nm、577.0 nm、579.1 nm、623.4 nm、690.7 nm 在本次的实验中，我们利用光学多道仪对汞灯和氢氘灯进行了测量。 首先利用氢在500nm左右的四条谱线，即435.8nm,546.1nm,577.0nm,579.1nm。这四条谱线不是等间距的，所以我们可以利用它们的相对距离来对我们所测得的光谱进行定标。 随后对氢氘灯进行观测，发现在500nm左右有两条谱线，强度都比较弱，通过和特征 光谱的比较，得出这两条谱线分别是434.0n