Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík 4.3.21 1. Zadání: Spektrální analyzátor Ocean optics Získat praktické zkušenosti s měřením spektrálních charakteristik pomocí spektrálního analyzátoru Ocean Optics USB2 Pomocí analyzátoru Ocean Optics USB2 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 USB2. Tento analyzátor pracuje v rozsahu vlnových délek 2 nm 85 nm se spektrálním rozlišením až,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 USB2 [1] 3. Vypracování: Seznam zařízení: Spektrální analyzátor OcenOptics.USB2 Měřící přípravek Širokopásmový zdroj DT-MINY
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík 4.3.21 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/3mA. 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 45 4 35 3 25 2 15 1 5-5 Bílá dioda má tři maxima, a to na vlnových délkách: 46 487 nm (příznačné pro modrou diodu), 542 nm (přibližně odpovídá zelené diodě) a 63 nm (přibližně odpovídá červené diodě).
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík 4.3.21 Spektrum červené diody 4 35 3 25 2 15 1 5-5 -1 Maximální vlnová délka červené diody je 655 nm, šířka spektrální čáry je přibližně 18,8 nm. Spektrum modré diody 45 4 35 3 25 2 15 1 5-5 Maximální vlnová délka modré diody je 46-499nm,šířka spektrální čáry je přibližně 58,2nm.
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík 4.3.21 Spektrum zelené diody 12 1 8 6 4 2 Maximální vlnová délka zelené diody je 568 nm, šířka spektrální čáry je přibližně 27,7 nm. Spektrum žluté diody 45 4 35 3 25 2 15 1 5-5 Maximální vlnová délka žluté diody je 581-63 nm, šířka spektrální čáry je přibližně 35,5 nm.
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík 4.3.21 Spektrum IR diody 6 5 4 3 2 1 9-1 Maximální vlnovou délku IR diody a šířku spektrální čáry nelze určit z důvodu omezeného rozsahu spektrálního analyzátoru. Spektrum UV diody 4 35 3 25 2 15 1 5-5 Maximální vlnová délka žluté diody je 383-416 nm, šířka spektrální čáry je přibližně 43,3 nm.
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík 4.3.21 Spektrum horní propusti 12 1 8 6 4 2-2 Spektrum horní propusti 2 9 8 7 6 5 4 3 2 1-1
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík 4.3.21 Širokopásmové spektrum 15 13 11 9 7 5 3 1 Spektrum CaF2 13 11 9 7 5 3 1
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík 4.3.21 Spektrum filtru - zelená 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 Spektrum filtru - červená 25 2 15 1 5
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík 4.3.21 Spektrum filtru - oranžová 3 25 2 15 1 5 Spektrum filtru - modrá 3 25 2 15 1 5
Anna Kapchenko, Václav Dajčar, Jan Zmelík 4.3.21 4. Závěr: Cílem měření bylo seznámit se s funkcí spektrálního analyzátoru, a to spektrálního analyzátoru Ocean optics pracujícího v rozsahu vlnových délek 2 nm až 8 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.