Aufbau Spektrometer

MaikB85 · Anmeldungsdatum: 17.10.2014 Beiträge: 3

Meine Frage:
Hallo

Ich möchte mir ein Farbspektrometer bauen um das Licht von LEDs zu analysieren. Ich verwende dazu einen Arduino zur Auswertung eines Photo Dioden Arrays mit 768 photodioden. Dazu habe ich mir eine box gebaut, welche an einer Seite eine kleine Bohrung hat wo das LED Licht einfallen kann. Hinter dieser Bohrung befindet sich eine kleine Kollimatorlinse. Dahinter wiederum eine Spaltblende aus 2 Rasierklingen und dann eine Transmissiongitterfolie.
Funktioniert auch alles ganz gut es gibt nur ein Problem: Wenn ich die LED nach links oder rechts verschiebe, verschiebt sich auch das Farbspektrum. Ich habe eigentlich gehofft, dass ich durch die Kollimatorlinse einen immer gleich bleibenden Lichtstrahl bekomme, der sich beim Verschieben der LED nur in der Lichtintensität ändert. Leider ist das nicht so.

Was mache ich falsch?

Gruß Maik

Meine Ideen:
Noch andere Linsen davor?

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

Das ist ja ein toller Aufbau, einfach mal mit Rasierklingen und Haushaltsmitteln ein Farbspektrometer bauen Big Laugh

Jetzt ist es so, dass sich bei schrägem Einfall natürlich immer dein Spektrum verschiebt, weil schräge Strahlen woanders hingebrochen werden als die, die parallel zur optischen Achse einfallen. Daran bist du nicht "schuld", du hast nur keine perfekte Linse (die hat bis zu einem gewissen Grad keiner).
Stört es dich denn so sehr, dass sich das Spektrum verschiebt?
Eigentlich fixiert man eine Strahlquelle vor einem Spektrometer immer, damit sich da nichts verschiebt. Mehrere Linsen machen das Ganze erstmal nicht besser, vor allem sind gute Linsen teuer. Mir würde noch eine Multimodefaser einfallen, in die du das Licht einkoppeln könntest, dann wäre das Problem nicht mehr so groß, solange du die numerische Apertur der Kopplunsgfaser (zu großer Winkel vor der Öffnung) nicht überschreitest. Aber ich finde dein Experiment eigentlich so schon richtig klasse!

MaikB85 · Anmeldungsdatum: 17.10.2014 Beiträge: 3

Danke

Also liegt es an der Linse.
Ja klar stört es mich. Ich will ja das Licht mit z.B. der Wellenlänge 500nm auch immer auf die gleiche Stelle vom Photodioden Array auftrifft. Es soll ja eine Kurve erstellt werden.

Ich hab das nochmal kurz aufgemalt wie ich es aufgebaut habe und habe in gelb den theoretischen Strahlenverlauf eingezeichnet (so wie ich dachte, wie das Licht gebrochen wird) Vielleicht sollte ich einfach eine größere Kollimatorlinse benutzen. Habe jetzt so eine wie sie auch in CD-Laufwerken auf dem Laser sitzen. Da muss man wahrscheinlich schon sehr sehr genau arbeiten.

https://dl.dropboxusercontent.com/u/73277090/spectrometer.png

Klar ich könnte die LED und die Box fixieren aber so wollte ich das eigentlich nicht haben. Ich will ja auch z.B. sehen können was ich für ein Lichtspektrum erhalte, wenn ich mehrere verschiedene LEDs habe und wie die sich dann mischen.

Ich frage mich wie so Spektrometer aufgebaut sind die man für teures Geld kaufen kann Big Laugh

[EDIT] Wo du gerade von multimodefaser sprichst mir ist gerade eingefallen ich könnte doch auch ein optisches Kabel benutzen oder? So eins für Audioübertragung z.B.

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

Das sieht doch schon gut aus! Wie schon gesagt, gibt es die meisten Spektrometer mit einer fest integrierten Lichtquelle, damit hauptsächlich Strahlen senkrecht auf die Linse fallen. Das zu untersuchende Objekt wird meist in den Strahlengang zwischen Quelle und Gitter in eine fest dafür vorgesehene Halterung gelegt:

http://de.wikipedia.org/wiki/Optisches_Spektrometer

Ob es jetzt bei deinem Aufbau nur an der Linse liegt, kann man so noch nicht genau sagen, das wird auch noch am Loch hängen, weil das zu grob ist. Wie groß ist denn die Bohrung, wie breit und dick die Linse? Wenn Licht irgendwo vorbeigeht und nicht genau gerade verläuft, kann das alles zur Störung beitragen. Außerdem könntest du noch eine zweite Linse einbauen und auf das Gitter fokussieren, dann verlierst du nicht so viel Intensität am zweiten Loch.
Ich würde vor die Box eventuell eine Halterung für die LED bauen (du kannst sie ja jederzeit wieder herausnehmen), denn du kannst dir schon mit geometrischen Lichtstrahlen überlegen, dass bei nicht genau auf der Achse justierter Quelle immer ein paar Strahlen schräg einfallen werden, vor allem bei einem relativ grob gebohrten Loch. Und die Position von Interferenzmaxima auf einem Schirm, an einem Gitter gestreut, ist sehr anfällig gegenüber Störungen.

Außerdem will ich noch am Rande fragen, ob du schon ein Dunkelspektrum aufgenommen hast? Das würde bedeuten, bevor du mit der LED da reinleuchtest, misst du einfach, wieviel Licht ankommt, wenn die Box einfach zu ist. Das ist gewissermaßen das Rauschen und diesen Fehler kannst du von deiner Messung wieder abziehen, damit das Ergebnis noch besser wird. Das Dunkelspektrum musst du nur einmal aufnehmen.

Edit: Ach ja, bei der Faser musst du aufpassen, dass sie alle Wellenlängen, die du messen willst, möglichst gleichmäßig durchlässt. Es wäre ja doof, wenn du etwas nur nicht misst, weil deine Faser die Wellenlänge (Farbe) nicht überträgt. Deswegen brauchst du eine Multimodefaser, bei denen steht immer an der Seite drauf, für welchen Bereich das geeignet ist und auf der Herstellerseite findest du meistens noch eine Transmissionskurve.

MaikB85 · Anmeldungsdatum: 17.10.2014 Beiträge: 3

Stimmt du hast recht. hab ich noch gar nicht so drüber nachgedacht. Wenn die Lichtquelle schräg davor sitzt, fällt ein teil des lichtes auf den rand der Linse. Dadurch dann die Störungen. Habe die Bohrung (2mm Durchmesser) danach berechnet wie weite die linse von dem Loch weg ist und wie groß diese ist (4,3mm Durchmesser). Doch ich habe dabei nur den Strahlenverlauf von vorne angenommen. Das war mein Fehler.
Guter punkt das mit dem Dunkelspektrum. Werde ich dann berücksichtigen wenn ich so weit bin und es Kalibrieren kann.

Ich denke ich werde den weg mit einem Lichtleiter gehen. Da habe ich dann wirklich einen Sauberen Strahl aus einer Richtung. Wahrscheinlich kann ich dann auf eine Linse verzichten. Der Spalt ist ja nur 0,3mm.
Übrigens mit der Intensität habe ich weniger Probleme. Die photodioden sind so extrem empfindlich da ist es so wie ich es jetzt habe viel zu stark und ich muss dann weiter von dem Licht weg.

Mal suchen wo ich so Lichtleiter bekomme die alle Wellenlängen des sichtbaren Bereichs durchlassen.

Hast mir auf jeden Fall sehr geholfen! Danke!

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

Freut mich, wenn ich helfen konnte. Viel Spaß beim Experimentieren smile