实验九单光仪与光谱量测.DOCVIP

實驗九 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~主筆 實驗九 單光儀與光譜量測 實驗目的： 認識與熟悉單光儀的原理與系統。 測量各式光源之光譜 實驗內容： 操作單光儀 使用LabVIEW GPIB控制 測量分析光譜 圖9-1 實驗系統參考示意(一) 實驗原理： 單光儀原理： 氙燈原理： 如圖1所示脈波燈的電路，脈波氙燈係經由不同穩定的氣體放電過程中產生放電過程，它的放電過程隨著時間而變化性質。利用直流電源輸入，經由充電電阻能使電容器充電達到一定的電壓V0，然後，輔助電極或稱觸發線圈受到數萬伏特高壓而且能觸發光腔館內的活性介質，產生電漿，亦是觸發波現象，即使燈管內的氣體受到預電離衝擊，由於電子和離子對氣體的碰撞電離及光電離等過程，係稱為氣體放電雪崩過程，則燈管內放電通道的電流急速增加，同時電容器儲存的能量通過預電離火花放電通道瞬間釋放，則火花通道內的放電焦耳熱，能夠急速加熱氣體，產生脈波激發放電火花通道快速擴張，它的擴張速度與放電型式息息相關。當輸入能量達到一定數值時，能量充滿整個光腔燈管內的通道，乃是火花放電擴張的過程。 火花放電擴張到一定的程度，燈管內放電通道的電功率增強，燈管內氣體的溫度及電離度隨著增強，同時氣體對電子散射的總截面積增大，可是電場強度將會降低其強度。由於燈管內火花放電過程中，放電電流產生的電功率，也會受到周圍空間的熱傳導、衝擊波及輻射等因素的影響，它的放電的電功率將受到損失，以達到放電間離子溫度的平衡，這種過程與電壓或放電的電弧放電曲線特性完全類似現象。 電弧放電的穩定特性，它的燈管內電阻值為常數，亦稱為穩定性的電阻值，其電阻值為di/dv。如果di/dv之值必要大於零，則被稱為正電阻特性。因此上述的穩定特性關係，電容器儲存能量在持續時間較長之內，即可將電能轉換為輻射能，此過程係為脈波放電產生過程。接著言其脈波放電消失的過程，輸入功率無法克服高溫等離子體的輻射和熱傳導、衝擊波的損失，則放電等離子體無形中逐漸的冷卻，燈管的電阻也隨著增加，若電阻增加時，電容器放電電路供應燈管的電功率將產生不足現象，也就是無法維持放電時，放電現象相形地消失。 實驗器材： 凸透鏡 mirror filter Monochromater Power meter light sources Xenon lamb He-Ne Laser Laser Diode (semiconductor laser) P.S.光柵規格： 料 號 尺 寸 刻 痕 波長範圍 ( nm ) 波長上限 ( nm ) 閃耀波長( nm ) 1-060-1 68*68 600 近紅外線區段 ( 660-1500 ) 2800 1000 1-120-500 68*68 1200 可見光區段 ( 330-750 ) 1400 500 1-240-240 68*68 2400 近紫外光區段 ( 160-320 ) 700 240 實驗步驟： 確認實驗系統 畫實驗系統設置圖,記錄相關參考位置與高度，使光軸通過單光儀入口狹縫. 小心單光儀的解析度之最佳化. 先打開光源，利用凸透鏡Ⅰ使光源能不發散的打在mirror上 調整mirror使光打在單光儀的狹縫上，加入凸透鏡Ⅱ使光聚焦在狹縫上，並在單光儀的另一端狹縫輸出端接上power detector 量測到最大值後，始可測量。 注意狹縫寬度之控制,調整時不宜過份用力. 在利用電腦的自動控制軟體Labview,選用不同光柵,來讀取Power Meter所傳回的值。 利用Labview所記錄的數據來做波長對強度的關係圖並探討分析之。 試用不同之解析度重量光譜 分析有何差異 更換不同光源 重覆 3-9步驟 分析各個光源之光譜特徵 數據分析及討論： 氙燈的光譜分析： 2.半導體雷射的光譜分析： 3.汞燈的光譜分析： 4.分析討論： 由以上的三個圖中，我們可以很明顯的看出氙燈、汞燈和半導體雷射三者的光譜圖。我們先看氙燈，因為它是連續光譜，所以我們可以很明顯的觀察到從波長為四百時就開始有些小小的起伏，但是比起全部並非十分明顯，然後在波長800nm～1100nm之間出現了最高的峰值，這分布告訴我們氙燈的光譜最高能量分布於波長在800nm～1100nm之間。而半導體雷射的光譜最高則出現在670nm～680nm之間。而最高峰值約在波長為675nm左右。 那我們可以看到汞燈的光譜圖，就理論來說不該是這樣子的，我們可以看到其光譜圖在最初時都會有點小起伏，這現象在半導體雷射的光譜圖上也有