Spectrometer

Spektrometr

From UV to IR

Zpět

Spektrometr

Jelikož jsem hledal jak s větší přesností zaznamenat spektrum světla, narazil jsem na internetu na velmi povedený software, který pomocí webkamery a jednoduché konstrukce spektroskopu dokáže vykrestlit spektrum do přehledného grafu i se zobrazením peaků, což je přesně to, co potřebuji.

Jeho přesnost je udávána maximálně 1nm, což je velmi dobrá hodnota, pro dosažení takovéto přesnosti budete potřebovat velmi dobrou webkameru a difrakční mřížku. Jak jsem již naznačil, pro výrobu spektroskopu potřebujete tedy webkameru, difrakční mřížku a čárovou clonu.

Princip zobrazení spektra je velice jednoduchý světlo musí nedříve projít čárovou clonou, aby se zaručila odpovídající ostrost a a kolmost paprsku dopadajícího na difrakční mřížku, kdyby zde clona nebyla, spektrum by bylo rozprostřené na velké ploše a zamezovalo by to jeho dobrému zobrazení. Tato čárová clona by měla být umístěná několik cm za mřížkou vertikálně s osou záznamového zařízení (webkamery), čím dále bude difrační mřížka od clony, tím menší musí být mezera clony. Osvědčilo se mi asi 8-10cm od mřížky a mezera clony je pod 1mm. S temito vzdálenostmi je nutno experimentovat, záleží na více faktorech.

Světlo tedy dopadá v úzkém paprsku na difrakční mřížku, ta není nic jiného než průhledná fólie, která má rovnoběžné štěrbiny nebo odrazové vrypy, díky nim se světlo rozkládá na spektrum(různé vlnové délky se odráží jiným směrem), mřížek je mnoho typů, pro webkameru se hodí mřížka s 1000 linkami / mm . Dá se použít i vnitřní povrch z DVD, který má 1350 l/mm, nicméně pro naše účely není moc vhodný. Profesionální difrační mřížka se dá sehnat za pár stovek na Ebay, její výhoda je přesný počet požadovaných l/mm a také její malá tloušťka, která zabraňuje nežadoucímu pohlcení světla a odrazům. Pro rozklad světla na spektrum se dá použít také optický hranol, světlo je ale potřeba kolimovat do optické osy a z ní...konstrukce je složitější a navíc spektrum z hranolu není úplně lineální kvůli lomu skla.

Máme tedy čárovou clonu, ze které dopadá světlo na difrakční mřížku, spektrum se z difrakční mřížky odraží cca. v 45 st. Úhlu na obě strany, je tedy potřeba, aby světlo na mřížku dopadalo zhruba v tomto úhlu, co jsem četl fóra, ideální úhly jsou 30-45 st., záleží na ohniskové vzdálenosti objektivu webkamery a dalších faktorech. Webkamera je pak umístě přímo za mřížku, doporučije se 3-10mm před objektivem.
Obektiv webkamery se musí zaostřit, né však přímo na mřížku ale zhruba do ohniskové vzdálenosti clony.

Takto zkonstruovaný spektrometr, je schopen velice přesně měřit vlnové délky v oblasti UV do IR, pro možnost měřit v infračervené oblasti spekra, se musí z objektivu odstranit IR filtr, ten zpravidla bývá součástí zadní strany objektivu. Kalibrace spektra se provádí natočením úhlu difrakční mřížky. Přesnost, kterou jsem dosáhl u svého spetrometru bych odahl na +/- 5nm v oblasti 350-900nm. Bohužel díky tomu, že je mřížka fólie, trochu se může kroutit a přesnost není v celém rozsahu úplně lineární. Přesnost tedy záleží hlavně na kvalitě mžížky a také rozlišení webkamery, použil jsem 720p webkameru, přesnost tutíž nemám uplně limitní už kvůli ní.

Z tímto spektroskopem, je tedy možno měřit a zobrazovat spektra od ultrafialového do infračervéné oblasti světelného záření. Spektroskop má mnoho využití, například můžete určit o jaký plyn se jedná, je-li něčím vybuzen – emisní spektrum, a nebo třeba jaké látky jsou obsaženy rozpuštěné v nějaké kapalině nebo průhledné hmotě díky absorpčnímu spektru.....
Vnitřek spektroskopu je černý kvůli eliminaci odrazů.

Můj spektrometr se tedy skládá z :