Механизм калибровки спектрографа

Размещено на http://allbest.ru

Введение

спектрограф калибровка прибор

В данной работе разработана методика калибровки спектрального прибора по длинам волн и спектральной чувствительности, на основании которой выполнена юстировка и калибровка спектрографа SL 100M (Solar TII, Ltd.) с цифровой камерой HS 120H (Proscan Special Instruments).

В последнее время в оптической спектроскопии широко используются многоканальные спектральные приборы позволяющие регистрировать сразу весь спектр за одно измерение. Это очень ускорило проведение эксперимента и значительно облегчило его. Однако существует ряд сложных и трудоемких операций, таких как юстировка и спектральная калибровка, необходимых для получения корректных и достоверных данных. У всех приборов есть свои особенности настройки, поэтому нет определенного алгоритма, или шаблона, действий для калибровки.

Актуальность разработки темы обусловливается тем, что для получения истинных скорректированных спектров свечения, регистрирующий прибор должен быть правильно откалиброван.

Цель и задачи исследования. Целью данной работы является юстировка и спектральная калибровка спектрографа SL 100M с цифровой камерой HS 120H. Для достижения поставленной цели надо решить следующие задачи:

изучить устройство и принцип работы прибора;

откалибровать спектрограф по длинам волн;

откалибровать спектрограф по спектральной чувствительности.

Основным результатом исследования является создание файлов калибровочных коэффициентов для разных спектральных диапазонов, которые, будучи использованы со штатным программным обеспечением цифровой камеры, позволят получать истинные спектры свечения.

Глава 1. Структура и принцип работы калибруемого прибора

В данной работе проводилась калибровка спектрального прибора состоящего из спектрографа SL 100M (Solar TII, Ltd.) с цифровой камерой HS 120H (Proscan Special Instruments).

1.1 Спектрограф SL 100M

1.1.1 Основные характеристики спектрографа

Спектрограф является линзовым с компенсацией астигматизма <50 мкм по всему фокальному полю [1]. Cпектрограф обладает следующими характеристиками:

1) оптическая схема горизонтально-симметричная с двумя ахроматизированными линзовыми объективами;

2) один входной и один выходной порты;

3) пропускаемый диапазон длин волн составляет 360-1200 нм;

4) 100 мм фокусное расстояние;

5) фокальная плоскость 28х8 мм.

6) механизм развертки по спектру ручной синусный, представляет собой микровинт для поворота дифракционной решетки с диапазоном линейного перемещения 7 мм.

Характеристики дифракционной решетки:

1) нарезного типа;

2) размером мм;

3) период решетки составляет 1/400 мм;

4) длина волны в угле блеска - 500 нм.

Спектральное разрешение спектрографа составляет <0.35 нм.

Точность установки длины волны - ±1 нм. Ширина спектральной щели 0-2,0 мм.

1.1.2 Оптическая схема и конструкция спектрографа

Линзовый спектрограф с компенсацией астигматизма SL 100M построен по горизонтально-симметричной схеме с двумя ахроматизированными объективами: коллиматорным и камерным. Оптическая схема представлена на рисунке 1.1.

1 - входная щель; 2 - плоское поворотное зеркало; 3 - коллиматорный объектив; 4 - дифракционная решетка; 5 - камерный объектив; 6 - фокальная плоскость; 7 - диафрагма.

Рис. 1.1 - Оптическая схема спектрографа SL 100M [8]

После прохождения через входную щель 1 и поворотное зеркало 2. излучение с помощью коллиматорного объектива 3 направляется на дифракционную решетку 4 в виде параллельного пучка. Решетка 4 преобразует параллельный пучок из каждой точки входной щели в веер монохроматических параллельных пучков. Камерный объектив 5 формирует на фокальной плоскости 6 монохроматические изображения входной щели. Изменение диапазона длин волн, который формируется в фокальной плоскости 6, производится путём поворота решетки 4 вокруг оси, проходящей через центр нарезного участка дифракционной решетки и совпадающей с направлением штрихов. Диафрагма 7 предназначена для ограничения высоты входной щели.

На рисунке 1.2 приведен внешний вид спектрографа SL 100M. Прибор выполнен в виде моноблока с установленными внутри оптическими компонентами.

1 - корпус; 2 - входная щель; 3 - микрометрический винт для регулировки ширины входной щели; 4 - диафрагма для регулировки высоты входной щели; 5 - фокусирующий узел; 6 - фокусирующее кольцо; 7 - «C-mount» адаптер; 8 - стопорный винт; 9 - микрометрический винт для установки длины волны; 10 - опора; 11 - резьбовая втулка; 12 - стопорный винт.

Рис. 1.2 - Конструкция спектрографа SL 100M

1.2 Цифровая камера HS 120H

1.2.1 Характеристики камеры

Камера состоит из фоточувствительного прибора с переносом заряда (ФППЗ), аналого-цифрового преобразователя и управляющей электроники.

Технические характеристики камеры:

1) тип ФППЗ - матрица с зарядовой связью Hamamatsu S9840;

2) количество фоточувствительных элементов 2048х14;

3) размер элемента составляет 14х14 мкм;

4) размер поля - 28,674х0,196 мм;

5) расстояние от камеры до поля - 10 мм.

Внешний вид камеры приведен на рисунке 1.3.

1 - нижняя крышка; 2 - передняя стенка; 3 - винт крепления; 4 - защитная крышка; 5 - уплотнительное кольцо; 6 - верхняя крышка; 7 - корпус; 8 - основание; 9 - задняя стенка; 10 - ФППЗ; 11 - разъем входа синхронизации «in»; 12 - защитная решетка вентилятора; 13 - вентилятор; 14 - разъем для подключения кабеля связи с персональным компьютером «ethernet»; 15, 18 - разъемы выходов синхронизации «out2» и «out1»; 16 - разъем для подключения управляемого источника света и (или) электромеханического затвора «shutter»; 17 - разъем для подключения кабеля блока питания «24 V DC».

Рис. 1.3 - Внешний вид камеры

1.2.2 Описание принципа работы фоточувствительного прибора с переносом заряда (ФППЗ)

Фоточувствительные приборы с переносом заряда (далее ФППЗ) относятся к классу твердотельных полупроводниковых приемников. Квантовая эффективность современных полупроводниковых приемников излучения достигает 90 % и выше [2].

Упрощенно ФППЗ можно рассматривать как матрицу близко расположенных конденсаторов. В ФППЗ электрический сигнал представлен не током или напряжением, а зарядом. При соответствующей последовательности тактовых импульсов напряжения на электродах конденсаторов зарядовые пакеты можно переносить между соседними элементами ФППЗ. Поэтому такие приборы названы приборами с переносом заряда.

На рисунке 1.4 показана структура одного элемента (пикселя) линейного трехфазного ФППЗ в режиме накопления. Структура состоит из подложки, изолирующего слоя двуокиси кремния и набора пластин-электродов. Один из электродов смещен более положительно, чем остальные два, и именно под ним происходит накопление заряда.

В основе работы ФППЗ лежит явление внутреннего фотоэффекта. Когда в кремнии поглощается фотон, то генерируется пара носителей заряда - электрон и дырка. Электростатическое поле в области пикселя «растаскивает» эту пару, вытесняя дырку вглубь кремния. Неосновные носители заряда, электроны, будут накапливаться в потенциальной яме под электродом, к которому подведен положительный потенциал. Здесь они могут храниться достаточно длительное время, поскольку дырок в обедненной области нет и электроны не рекомбинируют. Носители, сгенерированные за пределами обедненной области, медленно движутся - диффундируют и, обычно, рекомбинируют с решеткой прежде, чем попадут под действие градиента поля подэлектродной области. Носители, сгенерированные вблизи подэлектродной области, могут диффундировать в стороны и попасть под соседний электрод.

Заряд, накопленный под одним электродом, в любой момент может быть перенесен под соседний электрод, если его потенциал будет увеличен, в то время как потенциал первого электрода будет уменьшен (рисунок 1.5). Перенос в трехфазном ФППЗ можно выполнить в одном из двух направлений. Все зарядовые пакеты линейки пикселов будут переноситься в ту же сторону одновременно. Двумерный массив (матрицу) пикселов получают с помощью стоп-каналов, разделяющих электродную структуру ФППЗ на столбцы. Стоп-каналы - это узкие области, формируемые специальными технологическими приемами в приповерхностной области, которые препятствуют растеканию заряда под соседние столбцы.

Рис. 1.5 - Перенос заряда в трехфазном ФППЗ

Перемещение зарядовых пакетов построчно осуществляется в сдвиговый регистр, представляющий собой линейку пикселов (строку), расположенную, как правило, внизу ФППЗ параллельно строкам фоточувствительного поля. Количество пикселов в сдвиговом регистре равно количеству пикселов строки фоточувствительного поля, но они закрыты маской, не пропускающей свет.

Под воздействием падающего излучения в светочувствительных элементах накапливаются заряды с величиной, пропорциональной количеству попавших на них фотонов. Путем подачи тактовых импульсов на соответствующие электроды зарядовые пакеты одновременно и построчно начинают перемещаться в сторону сдвигового регистра (на одну строку за один такт). При этом необходимо помнить, что не закрытые от света элементы при переносе зарядовых пакетов продолжают накапливать заряд пропорционально величине падающего излучения.

Сдвиговый регистр также имеет последовательность электродов, позволяющих осуществлять горизонтальный сдвиг зарядовых пакетов в выходной каскад усилителя (на один пиксель за такт). Выход усилителя подключен к аналого-цифровому преобразователю (АЦП), который преобразует каждый зарядовый пакет в цифровой код.

Вид типового ФППЗ представлен на рисунке 1.6.

Рис. 1.6 - Типовая структура ФППЗ

Глава 2. Калибровка прибора по длинам волн

Перед началом калибровки была проведена юстировка спектрографа в трех координатах (вертикаль, горизонталь и угол наклона) относительно положения ПЗС-матрицы. Правильность юстировки проверялась путем получения резкого изображения на ПЗС-матрицы с равномерной интенсивностью по полю матрицы.

Для калибровки необходим калибровочный источник света, в качестве которого использовалась газоразрядная лампа, содержащая атомы неона, аргона и ртути. Калибровка выполнялась для трёх положений дифракционной решетки спектрографа, при которых центр спектрального диапазона регистрации приходился на длины волн 500 нм, 600 нм, 800 нм.

Проведение измерений с заводской калибровкой ПЗС-камеры по длинам волн показало, что положение зарегистрированных спектральных линий существенно отличалось от табличных. Для настройки программы необходимо ввести в нее таблицу соответствия основных линий спектра (реперных точек) в пикселях к истинным значениям длин волн л в нанометрах. Эти линии соответствуют положениям интенсивных атомарных линий в спектре калибровочной лампы. Для остальных длин волн программа аппроксимирует табличные данные неким встроенным полиномом N(л), коэффициенты которого вычисляются из известных значений.

Для первоначальной калибровки были использованы несколько наиболее интенсивных линий, значения которых взяты из [3].

Таблица - Длины волн линий использованных для калибровки

л, нм	элемент	л, нм	элемент
404,66	Hg	614,306	Ne
435,83	Hg	640,225	Ne
540,056	Ne	659,895	Ne
546,07	Hg	703,241	Ne
585,249	Ne	724,517	Ne
594,483	Ne	763,51	Ar
607,434	Ne	811,53	Ar

Затем подробный спектр лампы был записан с новой калибровочной таблицей и на основании полученных данных построен спектр обратной линейной дисперсии спектрографа (рис. 2.1), которая характеризует распределение длины волны в фокальной плоскости, т.е. как изменяется длина волны с изменением направления дифрагированного луча. Как видно из рисунка 2.1, для некоторых длин волн возникают резкие скачки значений дисперсии. Для используемого нами спектрального диапазона функция, описывающая обратную линейную дисперсию, должна иметь гладкий вид. Мы полагаем, что скачки величины дисперсии связаны с заложенным в программу недостаточно точным алгоритмом для расчета значений калибровочных коэффициентов, который приводит к искажениям при использовании ограниченного количества реперных точек, неравномерно распределенных по спектральному диапазону.

Рис. 2.1 - Спектр обратной линейной дисперсии

Для создания точной калибровочной таблицы, мы решили исходить из необходимости эквидистантного распределения реперных точек и гладкости обратной линейной дисперсии, которую вычислили аналитически.

Обратная угловая дисперсия имеет вид:

(2.1)

Линейную дисперсию получим из угловой путем деления на фокусное расстояние с учетом уравнения дифракции:

(2.2)

где d - период решетки, ц - угол дифракции, m - порядок дифракции, л - длина волны дифрагированного луча, - параметр, определяющийся конструкцией спектрографа. Продифференцировав обе части, получается:

(2.3)

В итоге имеем формулу для обратной линейной дисперсии:

(2.4)

Угол дифракции можно выразить через фокусное расстояние выходного коллиматора и линейным расстоянием дифракции, который представляет собой произведение номера пикселя на линейный размер пикселя. Таким образом, обратную дисперсию, с учетом того, что порядок дифракции равен единице, можно переписать следующим образом:

(2.5)

где N - номер пикселя, a - размер пикселя 14 мкм, f - фокусное расстояние выходного коллиматора 100 мм, = 0,548. точно измерить мы не можем, поэтому значение было найдено путем подгона с помощью процедуры программы Excel «поиск решения» (она будет описана в следующей главе) из условия, что разница между экспериментальной и теоретической дисперсией должна быть минимальна.

Рис. 2.2 - Графики зависимости экперементальной (черная линия) и теоретической (красная линия) обратных линейных дисперсий от номера пикселя.

На основании полученной функции распределения обратной линейной дисперсии были найдены длины волн для калибровочной таблицы

(2.6)

В итоге полученные длины волн для каждого пикселя были подставлены в программу с шагом в 50 пикселей (приложение А) и измерен спектр калибровочной лампы.



Рис. 2.3 - Спектр калибровочной лампы

Сравнение полученных длин волн для максимумов спектральных линий показало хорошее соответствие со значениями, представленными в [3]. Средняя погрешность составляет ±0,5 нм, что очень хорошо для прибора данного класса точности.

Глава 3. Калибровка прибора по спектральной чувствительности с помощью вольфрамовой лампы

3.1 Метод эталонной лампы

Спектр свечения должен быть скорректирован для получения истинного спектра, на который влияет спектральная чувствительность детектора, зависящая от длины волны л.

Истинный спектр свечения можно определить, умножив интенсивность экспериментального сигнала на величину K(л), которая является спектральной чувствительностью детектора, или коэффициентом коррекции. Коэффициент коррекции мы находили методом эталонной лампы [4, 5]. В качестве эталонной лампы была использована ленточная вольфрамовая лампа OSRAM Wi 17/G, имеющая при напряжении в 5.8 В и силе тока 10.8 А яркостную температуру 2200 К, а при 10 В и 14.5 А - 2600 К на длине волны 650 нм. Зная эти параметры, по формуле Планка можно вычислить спектральное распределение свечения лампы. Чувствительность детектора определяется из соотношения

(3.1)

Для определения коэффициента коррекции в спектральном диапазоне 360-830 нм (микрометрический винт 9 на рисунке 2 установлен в положение 600 нм) были измерены следующие экспериментальные данные: зависимость интенсивности I(л) от длины волны с включённой лампой (рис. 3.1) и выключенной, т.е. шум (рис. 3.2).



Рис. 3.1 - Измеренный спектр свечения лампы OSRAM Wi 17/G

Рис. 3.2 - Спектр шума

3.2 Учет темнового шума

Как видно из рисунка 3.1, для данного прибора на краях получаемого диапазона сигнал резко падает. По нашему мнению, это обусловлено тремя причинами: 1) геометрические размеры матрицы больше чем размер светового пятна в фокальной плоскости спектрографа; 2) оптическая схема спектрографа - линзовая, сделанная из стекла, поглощающего ультрафиолет; 3) светимость лампы резко падает в коротковолновой области спектра. Все перечисленные причины действуют в ультрафиолетовой области, а в инфракрасной ограничение накладывает только первая причина. Из спектра на рисунке 3.1 видно, что интенсивность в тех областях, куда не попадают фотоны из-за ограничений оптической схемы спектрографа, имеет ненулевое значение. По нашему мнению, это обусловлено собственными шумами матрицы. Существует несколько источников возникновения собственных шумов [6, 7].

Темновой шум, или шум-снежок. Этот шум наблюдается при отключенном световом сигнале. Основной причиной его возникновения является рабочая температура матрицы, которая влияет термоэлектронную эмиссию. Темновой сигнал снижается в два раза понижением температуры на 5-7 градусов, однако при этом уменьшается спектральная чувствительность в красной области. Также темновой ток определяется технологией изготовления кристалла и уровнем технологии.

Шум переноса. Во время переноса зарядового пакета по элементам CCD некоторая часть электронов теряется. Они захватываются на дефектах т примесях, существующих в кристалле.

Шум считывания. Он появляется в каждом элементе, когда сигнал, накопленный в элементе CCD, выводится из матрицы, преобразуется и усиливается. Шум считывания представляется как некоторый базовый уровень шума, который присутствует даже в изображении с нулевым уровнем экспозиции, когда матрица находится в полной темноте и шум темнового сигнала равен нулю. Этот шум является постоянной величиной и определяется только схемотехникой ПЗС.

Шум сброса. Перед вводом в детектирующий узел сигнального заряда необходимо сбросить предыдущий заряд. Для этого используется транзистор сброса, электрический уровень сброса которого зависит от температуры и емкости детектирующего узла.

Данный прибор не имеет охлаждающей системы, он работает при комнатной температуре. Поэтому из выше изложенных шумов самым существенным является темновой шум, т.к. он сильно зависит от температуры. Остальные шумы вносят настолько маленький вклад, что ими можно пренебречь.

Из рисунка 3.1 видно, что шум проявляется в поднятии кривой относительно нуля. Следовательно, на краях спектра его можно найти экспериментально, а центральные точки получить аналитически, т.е. аппроксимировать линейной функцией экспериментальные точки левого и правого края (рис. 3.3).

Рис. 3.3 - Спектры свечения лампы (синяя линия) и рассчитанного шумового сигнала (красная линия)

3.3 Нахождение распределения интенсивности свечения эталонной лампы

Мы используем лампу, в паспорте которой приведена яркостная температура на длине волны 650 нм. Рассчитаем спектральное распределение интенсивности свечения лампы, используя формулу Планка для испускания абсолютно черного тела (АЧТ).

Для определения истинного контура свечения лампы нужно найти свечение абсолютно черного тела. Однако АЧТ на практике не бывает, т.к. они являются идеализированными, т.е. их поглощательная способность равна единице (они поглощают все падающее на них излучение), а реальные тела поглощают далеко не весь спектр излучения. В тоже время поглощательная способность пропорциональна испускательной, следовательно, у реальных тел плотность излучения меньше, чем абсолютно черного. Поэтому для того, чтобы перейти от плотности излучения АЧТ к калибровочной лампе необходимо ввести для каждой длины волны коэффициент испускательной способности (коэффициент серости)

(3.2)

находится и формулы Планка для каждого значения длины волны и температуры (рис. 3.4), которая в данном случае принимала два значения.

(3.3)

где h - постоянная Планка; с - скорость света в вакууме; л - длина волны излучения k - постоянная Больцмана; Т - заданная спектральная температура излучения.

Рис. 3.4 - Спектр плотности мощности излучения АЧТ при температуре в 2600 К

Коэффициент испускательной способности вольфрама впервые был экспериментально получен Де Восом [8].

Впоследствии вычислением этого коэффициента занимались многие другие ученые.

В 1972 году Латыев и др. [9] обобщили полученные результаты. Позднее было показано, что для спектрального диапазона 300нм?л?1200нм и температур вольфрамовой ленточной лампы 1200К?Т?2600К эти данные можно аппроксимировать полиномом [10]:

(3.4)

где коэффициенты , ,.., имеют значения 0.6355, , ,, и соответственно, а b₀, b_1,..., b₅ имеют значения , , , , и соответственно.

В приложении приведена таблица сравнения значений полученных Латыевым и значений вычисленных из полинома (3.4). На основании этой таблицы построена кривая погрешности (рис. 3.5).

Рис. 3.5 - Кривая относительной погрешности используемого выражения для ? (приложение В)

Из рисунка 3.5 видно, что коэффициент испускательной способности выраженный полиномом (3.3) в интересующем нас диапазоне имеет погрешность не превышающую 0,003%.

В данном случае реальным телом является вольфрамовая лампа, которая представляет собой ленту, помещенную в стеклянную колбу. Стекло имеет зависимость пропускания излучения от длины волны, поэтому помимо коэффициента необходимо учесть коэффициент спектрального пропускания лампы ф.

(3.5)

Для определения коэффициента пропускания ф предполагалось, что он зависит только от длины волны, и использовалось выражение, полученное из экспериментальных данных в работе [5]:

(3.6)

где для 300нм?л?460нм, коэффициенты d₀, d_1,..., d₈ имеют значение и соответственно, а постоянные N и D - 380 и 80 соответственно.

Для 460нм?л?700нм d₀, d_1,..., d₇ - ; . Для 700нм?л?1200нм d₀, d_1,..., d₅ , имеют значения .

Для используемой нами калибровочной лампы в паспорте указана яркостная температура на длине волны 650 нм. Яркостная температура на определенной длине волны равна температуре абсолютно черного тела того же углового размера, что и излучающее тело, и дающего такой же поток излучения на данной длине волны. Поэтому, исходя из того, что при длине волны равной 650 нм плотность мощности излучения чёрного и серого тела равны, можно найти истинную температуру вольфрамового излучателя:

(3.7)

где - яркостная температура АЧТ взятая из характеристики лампы, - истинная температура вольфрама.

Подставив в (3.4) формулы (3.1) и (3.3) и сократив на постоянные, получается:

(3.8)

или

(3.9)

где .

Чтобы выполнялось уравнение (3.6), с помощью встроенной в Excel процедурой «поиск решения» Процедура поиска решения позволяет найти оптимальное значение формулы, содержащейся в ячейке, которая называется целевой. Эта процедура работает с группой ячеек, прямо или косвенно связанных с формулой в целевой ячейке. Чтобы получить по формуле, содержащейся в целевой ячейке, заданный результат, процедура изменяет значения во влияющих ячейках Например, в данном случае целевой ячейкой является формула разности плотности мощности излучения АЧТ и серого тела, которая должна равняться нулю. Для достижения заданного результата изменяется значение температуры. была найдена истинная температура . Для удобства дальнейшего использования Wсер. была пронормирована при истинной температуре (рис. 3.6).



Рис. 3.6 - Спектр нормированной плотности мощности излучения серого тела

Далее была проведена обработка полученных экспериментальных точек, изображенных на рисунке 3.1, т.к. данные точки имеют небольшое отклонение от кусочно-гладкой кривой, то их необходимо сгладить. Сглаживание проводилось с помощью встроенной в Excel функцией ЛИНЕЙН, которая аппроксимирует известный точки графика полиномом (для данного случая использовалось k=3), где y - интенсивность I, а x - длина волны л. Для аппроксимации весь диапазон разбивался на интервалы (~(50ч100) нм). Относительная погрешность использованного метода в диапазоне 425 нм?л?825 нм для 10.8 А составляет <2%, а для 14.5 А - <1%.



Рис. 3.7 - а - Спектр интенсивности после сглаживания; б - Относительная погрешность используемого метода

После сглаживание необходимо ещё учесть шум, который был найден аналитически, как показано на рисунке 3.3, путем вычитания от кривой интенсивности.

Интенсивность можно выразить через плотность мощности излучения и длину волны:

(3.10)

3.4 Получение коэффициента спектральной чувствительности

Далее подставляя (3.10) в (3.1) и преобразовывая, получается формула для калибровочного коэффициента:

(3.11)

Полученная спектральная зависимость K от длины волны приведена на рисунке 3.8.



Из графика (рис. 17) видно, что левый край кривой для разных сил тока отличается. По нашему мнению это обусловлено тем, что при 10.8 А лампа обладает малой мощностью свечения по сравнению с 14.5 А. Поэтому можно считать, что коэффициент полученный для более яркого источника является наиболее достоверным.

Полученный коэффициент зависит только от длины волны, поэтому его можно использовать и для пересчета полученной интенсивности для любого другого источника, изучаемого в данном диапазоне длин волн.

3.5 Получение истинного спектра свечения газоразрядной калибровочной лампы

Найденная спектральная чувствительность была применена к спектру газоразрядной лампы (3.9), использованной для калибровки по длинам волн.



Рис. 3.9 - Скорректированный спектр калибровочной лампы

Полученный скорректированный спектр, можно использовать для предварительной калибровки других спектральных приборов, как по длинам волн так и относительной интенсивности.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы было изучено устройство и принцип работы спектрального прибора состоящего из спектрографа SL 100M и цифровой камеры HS 102H и предназначенного для измерения спектров свечения исследуемых образцов в ближнем УФ, видимом и ближнем ИК-диапазонах длин волн.

Изучена справочная и научная литература, посвященная устройству спектральных приборов, их юстировке и настройке, а также принципам спектральной калибровки. Разработана методика и проведена калибровка спектрографа по длинам волн и спектральной чувствительности при помощи эталонной лампы.

Результатом работы явилось создание калибровочных файлов для штатного программного обеспечения цифровой камеры HS 102H. На откалиброванном приборе был получен истинный спектр газоразрядной лампы, содержащей атомы неона, аргона и ртути, с правильной относительной интенсивностью атомарных линий.

список использованных источников

1. Руководство по эксплуатации цифровой камеры HS 102H / СООО «Proscan специальные инструменты», 2007 - 2010.

2. Инструкция по эксплуатации линзового спектрографа с компенсацией астигматизма SL 100M / СП «Solar TII», 2010.

3. Таблицы спектральных линий Изд. 3/ А.Н. Зайдель и др. - Москва: Издательство «Наука», 1969.

4. Левшин, Л.В. Оптические методы исследования молекулярных систем. Ч. 1. Молекулярная спектроскопия / Л.В.Левшин, А.М.Салецкий. - Москва: Издательство МГУ, 1994.

5. Physica XX / Relation between brightness, temperature, true temperature and colour temperature of tungsten. Luminance of tungsten / G.A.W. Rutgers, J.C. De Vos. - Arnhem: Research Department of the N.V. Kema, 1954 - 715-716 p.

6. Неизвестный С.И. Никулин О.Ю. / Приборы с зарядовой связью - основа современной телевизионной техники. Основные характеристики ПЗС/ Специальная техника, №5, 1999.

7. Characteristics and use of FFT-CCD area image sensor. Technical Information SD-25 / Проспект фирмы Hamamatsu, 2003.

8. Physica XX / A new determination of the emissivity of tungsten ribbon / J.C. De Vos. - Arnhem: Research Department of the N.V. Kema, 1954.

9. Латыев, Л.Н. / Вольфрам как стандартный материал монохроматического излучения / Л.Н. Латыев, В.Я. Чеховской, Е.Н. Шестаков - Москва: Институт Высоких Температур Академии Наук СССР - 1972.

10. Ma, C. K. Calculation of the spectral dependence of the radiance temperature of the high-stability tungsten strip lamp / C. K. Ma, R.E. Bedford, A.A. Gaertner - Ottawa: National Research Council of Canada, 2001.

Приложение

Конечная калибровочная таблица

N	л, нм	N	л, нм
1	326,868	1051	607,226
51	340,661	1101	622,115
101	354,455	1151	634,698
151	368,248	1201	647,177
201	382,042	1251	659,61
251	395,836	1301	672,034
301	409,629	1351	684,051
351	423,422	1401	696,052
401	437,181	1451	708,012
451	450,683	1501	719,975
501	464,185	1551	732,069
551	477,686	1601	743,646
601	491,188	1651	755,149
651	504,691	1701	766,693
701	518,198	1751	778,05
751	531,953	1801	789,364
801	544,818	1851	800,673
851	557,827	1901	811,979
901	570,887	1951	823,284
951	583,898	2001	834,59
1001	594,482

Таблица сравнения значений е предложенных Латыевым и полученных из полинома (3.2)

л, нм	етабл.	епол.	Погрешность %	л, нм	етабл	епол.	Погрешность %
300	0,471	0,470618	0,00081	725	0,417	0,416037	0,00231
325	0,471	0,471187	0,000398	750	0,412	0,411762	0,000579
350	0,47	0,470697	0,001483	800	0,404	0,403189	0,002008
375	0,469	0,469325	0,000692	850	0,394	0,394518	0,001314
400	0,467	0,467228	0,000487	900	0,385	0,385672	0,001744
425	0,465	0,464544	0,000981	950	0,376	0,376615	0,001635
450	0,462	0,461394	0,001311	1000	0,367	0,367388	0,001057
475	0,459	0,457882	0,002436	1100	0,35	0,349185	0,002327
500	0,455	0,454096	0,001987	1200	0,334	0,334289	0,000866
525	0,45	0,45011	0,000244	1280	0,322	0,329146	0,022192
550	0,445	0,445984	0,002212	1300	0,319	0,329457	0,032781
575	0,441	0,441768	0,001742	1400	0,302	0,346135	0,146143
600	0,436	0,437499	0,003437	1500	0,287	0,40161	0,399338
625	0,433	0,433203	0,00047	1600	0,274	0,520165	0,898413
650	0,429	0,428902	0,000229	1700	0,262	0,734235	1,802425
656	0,428	0,427818	0,000425	1800	0,251	1,085561	3,324943
675	0,425	0,424604	0,000931	1900	0,24	1,626341	5,776422
700	0,421	0,420316	0,001624	2000	0,231	2,420392	9,477887

Размещено на Allbest.ru

...