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2015-04-01自製光譜儀
544 期
Author 作者
陳正源／任職於北一女中物理科。
從十九世紀末以來，物理學家已經明瞭：光是一種波動，是一種電磁波。不同波長的電磁波，代表的是不同顏色的光。而分析不同光源的色光組成，即能研究發光體的各種物理與化學性質，此種非接觸式的測量方法是近代科學研究的利器。那何謂色光組成呢？一束光中含有不同強度的色光，若將不同色光分離並標示其強度，如此便知「一束光」中所含各色光的成分比例。這樣有關「一束光」的色光組成的資訊稱為「光譜」。舉一生活事例說明，例如某班級考試的平均分數可以代表該班級的學習成效，但若能知道「不同分數級距中同學的人數分布」，就更清楚同學的學習情形。
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。
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】