光源光譜論文

題名：光柵光譜儀測(cè)量分析光源的光譜特性作者：姓名：沈鵬飛學(xué)號(hào)：08281049單位：北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院摘要：光柵光譜儀是目前比較先進(jìn)的進(jìn)行光譜測(cè)量和分析的儀器，也是目前光譜測(cè)量中最為常用的儀器，操作簡(jiǎn)單、方便，結(jié)果準(zhǔn)確，應(yīng)用廣泛。本文主要討論利用光柵光譜儀測(cè)試光譜的方法及原理。Gratingspectrometeristhemoreadvancedspectralmeasurementandanalysisinstruments,iscurrentlythemostcommonlyusedspectralmeasurementinstruments,simpleoperation,convenient,accurateandwidelyused.Thisarticlefocusesontheuseofgratingspectrometertestingmethodsandprinciplesofspectroscopy.關(guān)鍵詞：光柵光譜儀、光譜、光源光譜、測(cè)量、光柵、Gratingspectrometer,spectrum,lightspectrum,measurement,grating。引言：我們?cè)谌粘Ｉ钪薪佑|的光源種類繁多，如太陽(yáng)、白熾燈、日光燈等不同光源，但是我們只知道它們發(fā)出光的顏色，并不知道它們的光譜波長(zhǎng)特征，也不清楚它們發(fā)出的光由什么樣的光譜組成，和波長(zhǎng)范圍等。在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，我們可以制造一些人工光源，這只有在我們先充分了解需要替代的光源的光譜成分后才能找到合適的替代品，那我們就要借助于光譜儀來對(duì)光譜進(jìn)行分析。光柵光譜儀是指利用折射或衍射產(chǎn)生色散的一類光譜測(cè)量?jī)x器，主要作用是將復(fù)色光分解為單色光，是目前光譜測(cè)量中普遍采用的分光儀器。具有靈敏度高、適應(yīng)性廣、分析速度快和使用方便等特點(diǎn)，在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中和科學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用。我們可借助光柵光譜儀來對(duì)我們?nèi)粘Ｉ钪械膸追N常見的光源進(jìn)行光譜測(cè)量，試分析它們的光譜特性；觀察其光譜特征，找出各種光源之間的一些共性與各自的差異性，并試著分析其原因。所以我們要學(xué)會(huì)分析不同波長(zhǎng)的光的光譜特性及其對(duì)我們?nèi)粘Ｉ畹挠绊?；從它們的光譜特征、色度學(xué)、顯色性出發(fā)，找到和開發(fā)出更加適合我們?nèi)祟愌劬Φ男滦凸庠?。正文：從波?dòng)學(xué)的觀點(diǎn)來看，光是一種電磁波。電磁波可以按其頻率或波長(zhǎng)排列成波譜，我們通常所說的光是指復(fù)色光，是由很多種波長(zhǎng)不同的單色光組成的，它包含了從短波射線到長(zhǎng)波無線電波的一個(gè)廣大的范圍。人眼可以感受到的光（通常稱可見光）只占其中很窄的一個(gè)譜帶，通常認(rèn)為波長(zhǎng)X=390?760nm（1nm=10-9m）（在真空中），或者等價(jià)的表示為頻率u=3.9~7.7x1014Hz。在可見光范圍內(nèi)，隨著波長(zhǎng)從小到大，所引起的視覺顏色也逐漸從紫色轉(zhuǎn)變到紅色。一般我們研究的光學(xué)波段，除可見光外，還包括波長(zhǎng)小于紫光的紫外線和波長(zhǎng)大于紅光的紅外線，其波長(zhǎng)范圍大致從1nm~1mm。光柵光譜儀是目前光譜測(cè)量中普遍采用的分光儀器；所謂分光，也就是將復(fù)色光分解為單色光。但是許多光柵光譜儀至今仍采用手動(dòng)調(diào)節(jié)光柵變換波長(zhǎng)的定點(diǎn)測(cè)量方式。這種測(cè)量方式有兩個(gè)突出的缺點(diǎn)：測(cè)量速度慢和操作麻煩，我們將光柵單色儀于計(jì)算機(jī)相連，組成光譜自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，大大提高了光譜測(cè)量速度，并使測(cè)量操作變得十分簡(jiǎn)便，而且提高了系統(tǒng)的整體性能和應(yīng)用范圍。計(jì)算機(jī)控制的光柵單色儀光譜自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，由光柵單色儀及其驅(qū)動(dòng)器和微機(jī)控制等3部分組成。系統(tǒng)的光源部分，是由各種不同的光源射出的光經(jīng)過透鏡組聚焦于光譜儀的入射狹縫上。實(shí)驗(yàn)中，我們用光源光譜儀分別測(cè)量鈉燈和氫燈的數(shù)據(jù)，并繪制圖線，從而對(duì)鈉和氫的光譜進(jìn)行分析。用同樣的方法，我們可以對(duì)現(xiàn)實(shí)中的各種光源進(jìn)行對(duì)比分析，如太陽(yáng)光、白熾燈光、熒光燈光等等。通過分析我們可以知道該種光在特定波長(zhǎng)下的光強(qiáng)，從而找到適合我們的光源。要找到最適合我們?nèi)祟惾粘Ｉ畹墓庠矗捅仨氄业揭粋€(gè)衡量的標(biāo)準(zhǔn)。按目前的國(guó)際照明委員會(huì)CIE的標(biāo)準(zhǔn)，就要考慮到人工光源的光源舒適感和其顯色性，下面我們就粗略的介紹一下。人眼的視覺器官在發(fā)展史上是從動(dòng)物眼發(fā)展進(jìn)化而來的，在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過程中，由于對(duì)太陽(yáng)光線物理特性的適應(yīng)，形成了人的視覺器官的特殊結(jié)構(gòu)一眼睛及視網(wǎng)膜的錐體細(xì)胞和桿細(xì)胞，能專門適應(yīng)白晝和黑夜的相互轉(zhuǎn)化。人的眼睛在白晝一直是適應(yīng)自然光的。太陽(yáng)的輻射是連續(xù)光譜，日出前日落后色溫較低，約為2000?4500K，中午和陰天色溫略高，約為5000?7000K。自然條件下，人在夜晚利用火光進(jìn)行照明，在原始時(shí)代，人們點(diǎn)燃篝火，后來發(fā)明了油燈和蠟燭。光也是色溫較低的連續(xù)光譜?？傊祟愒趲资f年的歷史進(jìn)程中特別習(xí)慣于日光和火光，對(duì)這兩種光色形成了特殊的偏好。科學(xué)上用此方法進(jìn)行研究，其結(jié)果表明，太陽(yáng)是最理想的光源，那是因?yàn)槲覀內(nèi)祟愰L(zhǎng)期生活在太陽(yáng)光下的原因;這與物種的選擇和長(zhǎng)期適應(yīng)性是密不可分的。不管從物理光學(xué)，還是從色度學(xué)來考慮，它都具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。其獨(dú)特光譜功率分布決定這一切。其次是人類早期就開始使用的白熾燈，它具有和太陽(yáng)光相似的光譜功率分布；同樣也是屬于連續(xù)光譜，再加上其光譜分布比較理想，所以直到今天，我們?nèi)匀浑x不開它。照相放大燈的光譜功率分布與白熾燈幾乎一致，這是由于它本身的結(jié)構(gòu)與白熾燈就是一樣的，除了外觀上略有差別外，其內(nèi)部是基本相同的。熒光燈的光譜是線狀譜，但是線狀譜又是分布在連續(xù)光譜的背景上的，故不可能會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的顏色失真。但事實(shí)上，我們?cè)谏钪薪佑|熒光燈已經(jīng)天長(zhǎng)日久了，仿佛也開始適應(yīng)熒光燈了。由于熒光燈光線較柔和與發(fā)光功率較高等原因，當(dāng)今社會(huì)應(yīng)用已十分廣泛。光源的光譜功率分布決定了光源的顯色性。日光、白熾燈等是連續(xù)光譜，具有與日光和白熾燈相似的連續(xù)譜的光源均具有較好的顯色性，就其顯色性來說為理想的光源。但是我們現(xiàn)實(shí)生活中要研制新型的人工光源，還要考慮其光譜的環(huán)保性、光源自身的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與壽命等多方面綜合因素。經(jīng)過這次論文的寫作，對(duì)我們的日常生活中的光源光譜特性有了更進(jìn)一步的了解，對(duì)可見光的認(rèn)識(shí)也更加深刻，從色度學(xué)方面來解釋了我們?nèi)粘Ｉ钪泄庠吹倪x擇。在實(shí)驗(yàn)過程中，必須對(duì)我們的光柵光譜儀有深刻的了解，才能測(cè)量出更好的光譜特性曲線。通過對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的查閱，讓我們更加了解光源的相關(guān)特性，對(duì)色度學(xué)也有了更加進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。在對(duì)上述光源光譜分析討論的過程中，很多方面的知識(shí)還比較欠缺，我們不得不參考部分教科書和期刊論文等資源，正是有了更多的文獻(xiàn)得以參考，我的論文在今天才能更好的完成。在寫作論文的過程中，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)一些光的光譜進(jìn)行分析，了解了一些基本光的光譜。而在對(duì)太陽(yáng)光的光譜分析時(shí)，我還發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)光的光譜不是一直不變的，而是隨著天氣，時(shí)間等因數(shù)的改變而改變的。在另一方面，現(xiàn)實(shí)生活中我們接觸到許多的發(fā)光物體。由于人眼或生產(chǎn)的需要，它們的光譜必須有一定的要求。我們利用光柵光譜儀可以測(cè)出他的光譜特性，進(jìn)而生產(chǎn)出更合格的光源。事實(shí)上從人們第一次使用光柵光譜儀測(cè)量分析光源的光譜特性那天起，人們對(duì)光柵的應(yīng)用就沒有停過。正是人們對(duì)光柵光譜儀的進(jìn)一步加深了解，人們對(duì)光柵光譜儀的應(yīng)用也更加多元化。參考文獻(xiàn)：.雷肇棣.物理光學(xué)導(dǎo)論】M].電子科技大學(xué)出版社，P206.蔡履中，王成彥，周玉芳.光學(xué)[M].修訂版第二版.山東大學(xué)出版社，2002年8月：P229。.任勤生.光柵單色儀光譜測(cè)量的計(jì)算機(jī)控制[J].集美航海學(xué)院學(xué)報(bào)，TP39,16(1)：1~31998.荊其誠(chéng)，焦書蘭，喻柏林，胡維生.色度學(xué)】M].科技大學(xué)出版社，1979：P244~P246.金偉其，胡威捷.輻射度光度與色度及其測(cè)量[M].2006年6月第1次版.北京理工大學(xué)出版社.王興蓮，汪尊偉.CCD光柵光譜儀與光譜分析[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)2004.2第3卷第1期.張永春.光柵光譜儀在近代物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].滁州學(xué)院學(xué)報(bào)，2005.4.第7卷第2期.柯惟中，張頌東