2015年4月2日

自製光譜儀

作者/陳正源(任職於北一女中物理科)

光譜的測量儀器稱為「光譜儀」。光譜儀分成兩大部分:「分光」與「強度測量」。分光是將不同色光分離。依據的物理原理有兩種:「折射」與「干涉」。光折射時,因為不同色光的偏折角度不同而造成色散現象。而光經狹縫形成的干涉條紋寬度與顏色有關,顏色越偏紅色,干涉條紋越寬。因此分光是將不同色光,分向「不同的角度或位置」。

光強度的測量主要是「光電倍增管」與「半導體光偵測器」。光電倍增管是利用光激發真空管中陰極材料的光電子,並將此光電流訊號放大,因為光強度與光電流成正比,因此測量光電流大小可得光強度的量值。半導體光偵測器是利用「光」激發半導體中的電子與電洞,並藉由P-N接面中的內建電場將電子推向N端、將電洞推向P端,如此形成電流。而測量此電流可得知光強度的量值。
一般實驗室中配備的光譜儀所費不貲,其實生活中許多材料、設備、軟體,只要稍加組合即可成為簡易的光譜儀。雖然精密度不及市售光譜儀,但自製的過程充滿許多科學教育的意義。可使自製者充分體會物理原理以及製作過程的各種技術。

簡易的光譜儀所需材料與設備為:
1. 分光:DVD或CD片
2. 遮光:餅乾盒
3. 測光:數位相機
4. 讀取:自由軟體Tracker
5. 繪圖:Microsoft Excel

利用光碟片分光、以紙盒遮光避免非測量光源的干擾、藉由數位相機作為光偵測器、以自由軟體Tracker 做影像分析擷取不同色光的光強度、以Microsoft Excel將光強度重新繪製分佈圖,如此可方便後續各種數據的比較。......【更多內容請閱讀科學月刊第544期】

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