1、光栅光谱仪的制作,小组成员：孙德超（系统、光路及其他）陆梁军（labview编程）何至（理论分析和校正）,光电光电信息综合实验,1,2,实验器材和软件,器材：数据采集卡AD link 9111HR，1200线的闪耀光栅，光谱仪的一套光学器件，转动平台（由钟擎小组提供），PD光电放大电路（由姜毅斌提供）。线光源：低压汞灯。宽光源：台灯（近似标准A光源）。软件：labview,3,光谱仪结构图,4,光谱仪实拍,5,实验内容,整个内容被分为三部分：电脑控制电机转动，由钟擎小组完成。光电放大设备，由姜毅斌完成。我们的任务是用数据采集卡接受PD的电压信号，得到光栅转动角度和PD输出电压的对应关系。然后通
2、过用校准得到光谱和实际强度的对应关系，即光谱。,6,数据采集,PD输出电压读取是由数据采集卡配合labview程序完成将读取数据采集卡的程序加到控制电机转动的程序中，就能在每一个电机步进的循环中完成PD输出电压的采集此外，将得到电压值和对应的电机转角生成二维数组在前面板中显示出来，而且将数据输出到C:test.dat文件中。,7,波长校准,波长校准即建立电机转角和PD接受光的波长的对应关系。首先通过理论计算出转角 和对应波长 的关系：其中， 为光栅常数， 为电机复位状态下光栅法线和入射光的夹角， 是入射光与照射到PD的干涉光之间的夹角。,8,波长校准,通过化简得到：其中， ，,9,波长校准,为
3、了确定其中的未知数，扫描已知波长的线光源（实验中用的是低压汞灯，谱线为：404.7nm，546.1nm，578nm）,10,波长校准,得到各个峰值对应的转角（8.1，12.5，13.8），由这三对数据拟合出 理论公式中的未知量，最后结果为：,11,光谱校准,光谱校准是校正由于不同波长的PD响应效率和闪耀光栅的闪耀效率不同而产生的幅度误差。,光电二极管的光谱特性,12,光谱校准,扫描标准A光源（由台灯近似），得到PD输出电压与波长的关系,可扫描到的光谱范围,13,光谱校准,查表得到标准A光源的光谱，与测到的谱线做除法，得到光谱校准数据。,标准A光源光谱曲线,对应波长的扫描曲线,14,光谱校准,将
4、光谱校准数据以数组的形式读入到光谱扫描程序中，每一个电机步进的循环中，从数组中提取与波长对应的校正系数，乘以得到的PD功率作为最终的结果。,15,最终测试结果及误差分析,校正后的标准A光源扫描结果 标准A光源,16,最终测试结果及误差分析,光谱校正后得到的曲线在长波范围内的趋势基本与标准A光源一致，但是在短波长范围内误差较大。误差分析：从校正过程中可以发现，在短波长范围，实测的PD输出电压较小，所以校正值较大，而且有效位数只有一位，每次测量都会产生较大的相对误差，与校正系数相乘后产生较大误差。,17,最终测试结果及误差分析,短波长接受功率较小的原因：可能因为PD的光谱响应在小于500nm的范围内较低。可能因为用台灯代替近似标准A光源有较大误差，台灯小于500nm的光谱功率不高。改进方法：使用标准A光源校准使用量程可变的PD提高光强测量的动态范围。,18,最终测试结果及误差分析,校正后的汞灯谱线 校正前谱线,19,最终测试结果及误差分析,校正后的汞灯谱线,实测峰值波长：446nm，584.4nm，623.7nm理论波长：低压汞灯，谱线为：404.7nm，546.1nm，578nm误差分析：测得的峰值波长向长波方向偏移了40nm左右，可能因为转动平台在反复的实验中零点位置改变而产生的误差。计算偏移角度为1.3。,20,软件前面板,21,软件程序框图,
