Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík
4.3.2010
Spektrální analyzátor Ocean optics 1. Zadání: • • •
Získat praktické zkušenosti s měřením spektrálních charakteristik pomocí spektrálního analyzátoru Ocean Optics USB2000 Pomocí analyzátoru Ocean Optics USB2000 změřte spektrální charakteristiky 7 LED diod, 1 širokopásmového zdroje (DT-MINY) a spektrum pozadí. Určete pracovní vlnové délky a šířky spektrálních čar pro jednotlivé LED diody.
2. Základní teorie Pro měření spektrálních charakteristik využijte analyzátor Ocean Optics USB2000. Tento analyzátor pracuje v rozsahu vlnových délek 200 nm – 850 nm se spektrálním rozlišením až 0,3 nm. Princip spektrálního analyzátoru je uveden na obr. 1. Optický signál je přiveden optickým vláknem přes štěrbinu (2), filtr (3) a směrové zrcadlo (4) na difrakční mřížku (5). Na mřížce dojde k rozkladu světla na jednotlivé složky a optický signál je pak přes ostřící zrcadlo (6) a sběrnou čočku (7) přiveden na CCD senzor (8). CCD senzor v jednom okamžiku převede optický signál v celé spektrální šířce na elektrický signál. Elektrický signál je dále zpracován pomocí počítače.
1. SMA konektor 2. štěrbina 3. filtr 4. směrové zrcátko 5. difrakční mřížka 6. ostřící zrcadlo 7. L2 sběrná čočka 8. CCD senzor
Obr.1: Ilustrace funkce spektrometru Ocean Optics USB2000 [1]
3. Vypracování: Seznam zařízení: • Spektrální analyzátor OcenOptics.USB2000 • Měřící přípravek • Širokopásmový zdroj DT-MINY
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík
4.3.2010
Postup měření: • Pro měření využijte přípravek uvedený na obr. 4. Přípravek je tvořen sadou běžných barevných LED diod – zelenou, žlutou, červenou, bílou, modrou, UV a IR umístěných na otočném talíři. Diody jsou napájeny z přepínatelného proudového zdroje. Při otáčení talíře je napájena vždy pouze 1 dioda, takže nemůže dojít k pronikání cizích spekter do měřeného výsledku. Celý přípravek je napájen z externího síťového adaptéru 9V/300mA. • Spusťte ovládací softwarte OOIBase32. Spektrální analyzátor připojte k počítači pomocí USB konektoru. Pomocí optického vlákna propojte analyzátor s přípravkem. V programu OOIBase32 nastavte integrační čas tak, aby spektrometr nebyl přebuzen. Naměřené hodnoty uložte do souboru. • Vyneste do grafu naměřená spektra a určete maximální vlnové délky pro jednotlivé LED diody a určete šířku spektrální čáry. • Zdůvodněte naměřené spektrum pro IR LED diodu a bílou LED diodu. 3.1 Grafy k naměřeným hodnotám:
Spektrum bílé diody 4500
4000
3500
intenzita [a.u.]
3000
2500
2000
1500
1000
500
0 200
300
400
500
600
700
-500 vlnová délka [nm]
Bílá dioda má tři maxima, a to na vlnových délkách: 460 – 487 nm (příznačné pro modrou diodu), 542 nm (přibližně odpovídá zelené diodě) a 630 nm (přibližně odpovídá červené diodě).
800
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík
4.3.2010
Spektrum červené diody 40
35
30
20
15
10
5
0 200
300
400
500
600
700
800
-5
-10 vlnová délka [nm]
Maximální vlnová délka červené diody je 655 nm, šířka spektrální čáry je přibližně 18,8 nm. Spektrum modré diody 4500
4000
3500
3000
intenzita [a.u.]
intenzita [a.u.]
25
2500
2000
1500
1000
500
0 200
300
400
500
600
700
800
-500 vlnová délka [nm]
Maximální vlnová délka modré diody je 460-499nm,šířka spektrální čáry je přibližně 58,2nm.
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík
4.3.2010
Spektrum zelené diody 1200
1000
600
400
200
0 200
300
400
500
600
700
800
vlnová délka [nm]
Maximální vlnová délka zelené diody je 568 nm, šířka spektrální čáry je přibližně 27,7 nm. Spektrum žluté diody 4500
4000
3500
3000
intenzita [a.u.]
intenzita [a.u.]
800
2500
2000
1500
1000
500
0 200
300
400
500
600
700
800
-500 vlnová délka [nm]
Maximální vlnová délka žluté diody je 581-603 nm, šířka spektrální čáry je přibližně 35,5 nm.
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík
4.3.2010
Spektrum IR diody 600
500
300
200
100
0 200
300
400
500
600
700
800
900
-100 vlnová délka [nm]
Maximální vlnovou délku IR diody a šířku spektrální čáry nelze určit z důvodu omezeného rozsahu spektrálního analyzátoru. Spektrum UV diody 4000
3500
3000
2500 intenzita [a.u.]
intenzita [a.u.]
400
2000
1500
1000
500
0 200
300
400
500
600
700
800
-500 vlnová délka [nm]
Maximální vlnová délka žluté diody je 383-416 nm, šířka spektrální čáry je přibližně 43,3 nm.
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík
4.3.2010
Spektrum horní propusti 120
100
intenzita [a.u.]
80
60
40
20
0 200
300
400
500
600
700
600
700
800
-20 vlnová délka [nm]
Spektrum horní propusti 2 90
80
70
intenzita [a.u.]
60
50
40
30
20
10
0 200
300
400
500
-10 vlnová délka [nm]
800
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík
4.3.2010
Širokopásmové spektrum 150
130
intenzita [a.u.]
110
90
70
50
30
10 200
300
400
500
600
700
800
vlnová délka [nm]
Spektrum CaF2 130
110
intenzita [a.u.]
90
70
50
30
10 200
300
400
500 vlnová délka [nm]
600
700
800
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík
4.3.2010
Spektrum filtru - zelená 20 18 16
intenzita [a.u.]
14 12 10 8 6 4 2 0 200
300
400
500
600
700
800
600
700
800
vlnová délka [nm]
Spektrum filtru - červená 25
intenzita [a.u.]
20
15
10
5
0 200
300
400
500 vlnová délka [nm]
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík
4.3.2010
Spektrum filtru - oranžová 30
25
intenzita [a.u.]
20
15
10
5
0 200
300
400
500
600
700
800
vlnová délka [nm]
Spektrum filtru - modrá 30
25
intenzita [a.u.]
20
15
10
5
0 200
300
400
500 vlnová délka [nm]
600
700
800
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík
4.3.2010
4. Závěr: Cílem měření bylo seznámit se s funkcí spektrálního analyzátoru, a to spektrálního analyzátoru Ocean optics pracujícího v rozsahu vlnových délek 200 nm až 800 nm. Byly změřeny spektrální charakteristiky jednotlivých diod, u nichž byla zjištěna maximální vlnová délka a šířka spektrální čáry. Dále byly získány spektrální charakteristiky dvou filtrů horní propusti, spektrum samotného širokopásmového zdroje a spektra barevných filtrů.
