Products Home分光器教育用実験キット
- Designed for Education, Demonstration, & Classroom Use
- Easy-to-Use Kits Include Components Plus
Educational Materials
EDU-SPEB2/M
Spectrometer Kit
EDU-SPEBCT1/M
Czerny-Turner Extension Kit
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白色LED光源のスペクトルを示している教育キットEDU-SPEB2/M
分光器教育用実験キット
- 教育、実習、授業用に設計
- 組立説明書や使用マニュアルが付属
実験内容
- 600 lines/mmまたは1200 lines/mmの反射型回折格子が付いた回折格子ベースの分光器の構築
- 等辺分散プリズムを用いたプリズムベースの分光器の構築
- 付属の白色LEDほか様々な光源のスペクトル分布の測定
- 吸収分光向けツェルニー・ターナー型用拡張キットも別途ご用意しております。
分光器教育用実験キットEDU-SPEB2/Mには回折格子あるいは分散プリズムをベースとした分光器を構築するためのあらゆる部品が含まれています。回折格子ベースの分光器とプリズムベースの分光器は、様々な光源のスペクトルを観察するために用いられますが、これらは全く異なる物理的原理に基づいています。回折格子ベースの分光器では、光の干渉と、光の波の性質に対する知見を学ぶことができます。また、プリズムベースの分光器は、波長に依存した光学材料の屈折率変化など、幾何光学の学習に役立ちます。
また、分光器のセットアップを商用ユニットに似た光学配置に修正できるツェルニー・ターナー型用拡張キットEDU-SPEBCT1/Mもご用意しております。このセットアップは定量的な吸収分光測定に使用することができます。なお、こちらは独立したキットではありません。セットアップの構築にはEDU-SPEB2/Mに付属する部品が必要です。各キットに付属する部品のリストは「キット構成部品」のタブをご覧ください。
Thorlabs教育用製品とキット
教育用実験キットシリーズは、研究で活用されるだけでなく、多くの古典的な実験を網羅することにより、物理学、光学、フォトニクスの学習を促進させることを目的としています。いずれの教育キットにも必要な部品が全て含まれており、詳しいセットアップの手順だけでなく教育内容も盛り込まれたマニュアルが付属します。これらのキットの価格は構成部品の合計金額で設定されており、付属の教材は無料でご提供しています。 製品購入前あるいは購入後にかかわらず、技術的サポートが必要な場合は当社までご相談ください。
注:マニュアルと教材は英語でご用意しております。当社ウェブサイトに掲載されている製品の表示価格には、消費税が含まれておりません。
分光器教育用実験キットEDU-SPEB2/Mは、刻線の周期が異なる(600 lines/mmと1200 lines/mm)2つの回折格子と等辺分散プリズムを含め、回折格子ベースの分光器とプリズムベースの分光器を構築するのに必要な部品がすべて入っています。 このキットでLED、レーザ、ガス放電管、ライトバルブ、その他様々な光源の分析が可能です。白色LEDとバンドパスフィルタも含まれています。LEDは広帯域なスペクトル光源で、バンドパスフィルタを使用することにより狭帯域なスペクトル線幅を供給することもできます。
回折格子ベースの分光器
回折格子分光器では、反射型刻線回折格子により光のスペクトル成分が分離されます。右の写真のように、光は1つの集光レンズによって可変スリットに集光されます。スリットを通過した光は別のレンズを通過して、回折格子に入射されます。光は回折格子で反射後、観測用スクリーンに投影されます。回折角は光の波長に依存するため、回折格子で反射された光は異なった波長に分離され、スクリーン上の様々な場所で観測されます。この分光器で輝線と広帯域光源のどちらも分析することができます。スペクトル成分の波長の計算も可能です。
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図:スペクトル線の位置を測定しθkを求める方法
実験は簡単な回折格子の式を用いられるようなセットアップとなっております。
θkは、回折格子に入射した光と反射後の光の間の角度、kは回折次数、λはスペクトル線を形成する光の波長、g は、回折格子の刻線の周期です。実習者は、左の図のように回折格子とスリット面の間の距離、ならびにスリットへの入射光路と1次スペクトル線の間の距離を測定することによってθkを算出することができます。その後、この値を用いてスクリーンに映るスペクトル線の波長が求められます。
また、この回折格子分光器を用いることで、回折格子の干渉特性もわかります。
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プリズムベース分光器のセットアップ
プリズムベース分光器
プリズム分光器は、光のスペクトル成分の分離に等辺分散プリズムを用いています。右の写真のように、光は1つの集光レンズによって可変スリットに集光されます。スリットを通過した光は別のレンズを通過し、等辺分散プリズムを通って観察スクリーンに集光されます。プリズムを透過することで、異なる波長の光は異なる角度に屈折されるため、光のスペクトル成分はスクリーン上で分離されます。上記の回折格子分光器キットと同様に、この分光器で輝線と広帯域光源のどちらも分析することができます。
(このキットでは)プリズムの屈折特性も学ぶことができます。例えば、プリズムの屈折率は最小偏角を測定することで求めることができます。左下の図では、γが最小偏角を表します。最小偏角とは、プリズム内を底面に平行に光が通過するように入射した時の、プリズムへの入射光とプリズムからの出射光の間の角度を指します。この実験で使用されているプリズムでは、最小偏角と屈折率nの関係は以下の式で表せます。
実習者は、スクリーンの位置とプリズムの角度を調整しながら入射した光が一番鋭角に屈折する像をつくり、最小偏角を測定することができます。右図のxとyの距離を測定することにより γを求め、その後プリズムの屈折率nを算出します。
当社では同じような価格帯で小型CCD分光器もご用意しております。この分光器では定量的なスペクトル測定が可能です。
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最小偏角とプリズムに入射する光の関係の図解
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図:分光器教育用キットを用いて最小偏角を測定する方法
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図1:ツェルニー・ターナー構成の走査型分光器
ツェルニー・ターナー型用拡張キットEDU-SPEBCT1/Mには、分光器教育用キットEDU-SPEB2/Mの部品と組み合わせて、ツェルニー・ターナー構成の走査型分光器を構築することができる部品が含まれています。
図1のセットアップを使用すれば、光源を入射スリットに鋭く入射することができ、その後凹面ミラーで回折格子にコリメートすることができます。回折格子は回転ステージに取り付けられているため、入射角を変更することが可能です。回折格子からの拡散光は、2つ目の凹面ミラーにより出射スリットに集光されます。レンズにより出射スリットを通った光がフォトダイオードディテクタに集光され、フォトダイオードの電圧がマルチメータで測定されます。入射スリットと出射スリットの間の小さなスクリーンは、迷光がミラーに届かないようブロックするために使用します。
このセットアップはモノクロメータを構成します。回折格子の光は拡散しているため、出射スリットを通るのは狭い波長範囲の光のみで、中心波長は回折格子の回転によって選択します。回折格子の異なる回転角度のフォトダイオード電圧を記録することにより、スペクトルを点で記録することができます。
回転可能な回折格子の式
入射角αと偏角βにおける回折格子の式は下記のとおりです。
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図2:回転角度が変わると、出射スリットを通る1次回折光の波長が変わります。点線は回折格子の垂線を示しています。
ここでkは回折次数、λは波長、gは回折格子の溝密度です。
図2では回折格子の2つの回転角度における1次回折光を示しています。他のセットアップは固定されているため、入射光と出射スリットに向かう光の間の角度θは一定です。一方でαとβは変化するため、異なる波長の光が出射スリットを通ることになります。校正手順はθを求めるために使用され、回転ステージは示された角度が入射角αと等しくなるよう0調整されます。そうすると、下記の式により回折格子の回転角度を出射スリットを通る光の波長に関連づけることができます。
スペクトルの取得
光源の強度スペクトルは、回折格子を小さな固定ステップで回転させ、フォトダイオードでの電圧を各ステップで記録することで取得できます。個体あるいは液体試料の吸収分光では、2つのスペクトルを取得します。1つは試料が挿入されない基準のスペクトルで、もう1つは試料をビーム路に挿入したときのサンプルスペクトルです。試料の透過スペクトルは、サンプルスペクトルを基準スペクトルで割ることによって求められます。図3では、ツェルニー・ターナー型用拡張キットにテストサンプルとして含まれるフィルタFGB67で測定された基準スペクトル(青)およびサンプルスペクトル(赤)を示しています。図4では、教育用キットと単体の分光器を使用して記録したフィルタの透過スペクトルです。
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図3:ツェルニー・ターナー型のセットアップで記録された基準スペクトル(青)およびサンプルスペクトル(赤)。光源には白色LED LEDW7E、フィルタはサンプルとしてFGB67が使用されています。
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図4:ツェルニー・ターナー型のセットアップと分光器CCS100/Mを使用して記録したフィルタFGB67の透過率。キットEDU-SPEBCT1/M測定での基準スペクトルおよびサンプルスペクトルは図3でご覧いただけます。
分光器キットは簡単にセットアップでき、なおかつ信頼できる結果が得られるように開発されました。キットは、当社の多くの標準品で構成されているため、ほかの部品を追加することで実験の拡張が可能です。各キットを構成する部品は下表でご覧いただけます。
分光器キットの部品
光源について:この分光器キットには白色LED LEDW7Eとともにバンドパスフィルタが含まれます。広いスペクトル光のみならず、バンドパスフィルタを使用することで狭いスペクトル線幅についても調べることができます。そのほかのLED、レーザ、ガス放電管、ライトバルブなど様々な光源の分析が可能です。分光器にランプ光源を使用されたい場合には、タングステンハロゲンランプQTH10がコンパクトでお買い求めやすい製品となっております。10 Wのライトバルブの輝度はLEDW7Eよりも低いですが、検出可能なスペクトルを生成します。
回折格子の取扱いについて:回折格子は水分、指紋、エアロゾルや、ほんの少しの研削材が接触しただけで損傷してしまいます。回折格子は、必要時のみ、側面だけを持って取り扱ってください。回折格子の表面に指の油分がつかないよう、ラテックス製手袋などを着用する必要があります。クリーンで乾燥した空気か、窒素で埃を吹き飛ばす方法以外に回折格子のクリーニングは行わないでください。溶剤も回折格子の表面に損傷を与える可能性があります。
マニュアルと教材は英語でご用意しております。ご不明な点は、当社までご相談ください。
特注について:当社では基礎的な分光器の構築に必要な部品のみに限定したキットのご提供など、特注にも対応いたします。詳細は当社までお問い合わせください。.
下表の部品リストの中で、ミリ規格とインチ規格で型番が異なる部品が含まれている場合、ミリ規格の寸法はカッコ内に記されています。このキットにより、回折格子分光器またはプリズム分光器を構築することができます。また、キットには刻線の周期が異なる2種類の回折格子が含まれています。
| EDU-SPEB2(/M) Kit Componentsa | ||
|---|---|---|
| Item # | Description | Qty. |
| LEDMT1F | LED Mount | 1 |
| LEDW7E | White LED, Pkg. of 5 | 1 |
| SMR05 (SMR05/M) | Lens Mount without Retaining Lip for Ø1/2" Optics | 1 |
| SM05L03 | SM05 Lens Tube, 0.30" Thread Depth | 2 |
| DS5b | 5 VDC USB Power Supply | 1 |
| LB1471 | Ø1" Bi-Convex Lens, f = 50 mm | 1 |
| LB1676 | Ø1" Bi-Convex Lens, f = 100 mm | 1 |
| LMR1 (LMR1/M) | Ø1" Lens Mount with Retaining Ring | 2 |
| - | Ø1/2" Bandpass Filter, 532 ± 0.6 nm CWL, 3 ± 0.6 nm FWHM | 1 |
| VA100 (VA100/M) | Adjustable Slit | 1 |
| GR25-0605 | 600 lines/mm Reflective Diffraction Grating | 1 |
| GR25-1205 | 1200 lines/mm Reflective Diffraction Grating | 1 |
| KMSR (KMSR/M) | Kinematic Mount for 1" Rectangular Optics | 2 |
| PS858 | Equilateral Dispersing Prism, 20 mm | 1 |
| KM100PM (KM100PM/M) | Kinematic Prism Mount | 1 |
| PM3 (PM3/M) | Clamping Arm for Prism Mount | 1 |
| EDU-VS1 (EDU-VS1/M) | Viewing Screen | 1 |
| MB1824 (MB4560/M) | Optical Breadboard, 18" x 24" (45 cm x 60 cm) | 1 |
| RDF1 | Rubber Damping Feet, Set of 4 | 4 |
| PH3 (PH75/M) | Ø1/2" (Ø12.7 mm) Post Holder, 3" (75 mm) Long | 7 |
| TR3 (TR75/M) | Ø1/2" (Ø12.7 mm) Optical Post, 3" (75 mm) Long | 7 |
| PH2 (PH50/M) | Ø1/2" (Ø12.7 mm) Post Holder, 2" (50 mm) Long | 1 |
| TR2 (TR50/M) | Ø1/2" (Ø12.7 mm) Optical Post, 2" (50 mm) Long | 1 |
| BA1 (BA1/M) | Post Holder Base, 1" x 3" x 3/8" (25 mm x 75 mm x 10 mm) | 3 |
| BA2 (BA2/M) | Post Holder Base, 2" x 3" x 3/8" (50 mm x 75 mm x 10 mm) | 3 |
| BE1 (BE1/M) | Ø1.25" (Ø31.8 mm) Pedestal Base Adapter | 2 |
| CF125 | Clamping Fork | 2 |
| TPS5 | Laser Safety Screen, 12" x 12" (305 mm x 305 mm) | 1 |
| USB-C-72 | 72" USB 2.0 Type-A Extension Cable | 1 |
| SPW603 | Spanner Wrench for SM05 Retaining Rings, 1" Long | 1 |
| SPW606 | Spanner Wrench for SM1 Retaining Rings, 1" Long | 1 |
インチ規格:付属のネジとレンチ類
| Item # | Description | Qty. |
|---|---|---|
| SH8S025a | 8-32 x 1/4" Long Cap Screw | 1 |
| SH25S038b | 1/4"-20 x 3/8" Long Cap Screw | 10 |
| SH25S050b | 1/4"-20 x 1/2" Long Cap Screw | 4 |
| SH25S063b | 1/4"-20 x 5/8" Long Cap Screw | 6 |
| W25S050c | 1/4" Washer | 10 |
| BD-3/16L | 1/4"-20 Ball Driver | 1 |
| - | 5/64" Hex Key | 1 |
| - | 9/64" Hex Key | 1 |
ミリ規格:付属のネジとレンチ類
| Item # | Description | Qty. |
|---|---|---|
| SH4MS06a | M4 x 6 mm Long Cap Screw | 1 |
| SH6MS10b | M6 x 10 mm Long Cap Screw | 10 |
| SH6MS12b | M6 x 12 mm Long Cap Screw | 4 |
| SH6MS16b | M6 x 16 mm Long Cap Screw | 6 |
| W25S050c | M6 Washer | 10 |
| BD-5ML | M6 Ball Driver | 1 |
| - | 2.0 mm Hex Key | 1 |
| - | 3.0 mm Hex Key | 1 |
ツェルニー・ターナー型用拡張キットの部品
ツェルニー・ターナー型用拡張キットは、当社の標準品の部品で構成されています。下表の部品リストの中で、ミリ規格とインチ規格で型番が異なる部品が含まれている場合、ミリ規格の寸法はカッコ内に記されています。
EDU-SPEBCT1(/M) Kit Components | ||
|---|---|---|
| Item # | Description | Qty. |
| PH2 (PH50/M) | Ø1/2 (Ø12.7 mm) Post Holder, 2" (50 mm) Long | 2 |
| TR2 (TR50/M) | Ø1/2" (Ø12.7 mm) Post, 2" (50 mm) Long | 2 |
| PH3 (PH75/M) | Ø1/2" (Ø12.7 mm) Post Holder, 3" (75 mm) Long | 2 |
| TR3 (TR75/M) | Ø1/2" (Ø12.7 mm) Post, 3" (75 mm) Long | 4 |
| UPH3 (UPH75/M) | Ø1/2" (Ø12.7 mm) Universal Post Holder, 3" (75 mm) | 2 |
| BE1 (BE1/M) | Ø1.25" (Ø31.8 mm) Pedestal Base Adapter | 3 |
| CF125 | Clamping Fork | 2 |
| KCP05 (KCP05/M) | Centering Plate for Kinematic Mirror Mount for Ø1/2" Optics | 1 |
| PR01 (PR01/M) | High-Precision Rotation Mount | 1 |
| PR01A (PR01A/M) | Solid Adapter Plate for PR01(/M) | 1 |
| EDU-VS2 (EDU-VS2/M) | Small Viewing Screen | 1 |
| R2 (R2/M) | Slip-On Post Collar for Ø1/2" Posts | 1 |
| LB1757 | Ø1" Bi-Convex Lens, f = 30 mm | 1 |
| LMR1 (LMR1/M) | Ø1" Lens Mount with Retaining Ring | 1 |
| CM254-200-P01 | Ø1" Silver-Coated Concave Mirror, f = 200 mm | 2 |
| KM100 | Kinematic Mirror Mount for Ø1" Optics | 2 |
| KCP1 (KCP1/M) | Centering Plate for Kinematic Mirror Mount for Ø1" Optics | 2 |
| VA100 (VA100/M) | Adjustable Mechanical Slit | 1 |
| FGB67a | Ø25 mm BG36 Glass Bandpass Filter | 1 |
| SM1A1 | Adapter with External SM05 Threads and Internal SM1 Threads | 1 |
| SM1RR | SM1 Retaining Ring for Ø1" Lens Tubes and Mounts | 1 |
| SM05PD1A | Silicon Photodiode, 350-1100 nm | 1 |
| SM05M10 | SM05 Lens Tube Without External Threads, 1" Long | 1 |
| SM05L05 | SM05 Lens Tube, 0.50" Thread Depth | 1 |
| SM05A3 | Adapter with External SM05 Threads and External SM1 Threads | 1 |
| CA2812 | SMA Coaxial Cable, SMA Male to BNC Male, 12" (304 mm) | 1 |
| T3285 | BNC Adapter, T, Female-Male-Female (F-M-F) | 1 |
| T4003 | BNC Adapter, Female to Banana Plug | 1 |
| FT104 | 100 kΩ Fixed Stub-Style BNC Terminato | 1 |
| DVM1 | 10-Function Digital Multimeter | 1 |
We cordially thank Antje Bergmann and Stefan Reich (Karlsruhe Institute of Technology) for sharing their design for an educational spectrometer.
Do you have ideas for an experiment that you would like to see implemented in an educational kit? Contact us at techsupport@thorlabs.com; we'd love to hear from you.
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ズーム
- 回折格子ベースの分光器を構築するすべての部品が付属
- 波長分散型素子: 600 lines/mmおよび1200 lines/mmの反射型回折格子
- プリズムベースの分光器を構築するすべての部品が付属
- 波長分散型素子: 等辺分散プリズム
- 付属の白色LEDほか様々な光源のスペクトル分布の測定
分光器教育用実験キットEDU-SPEB2/Mには回折格子ベースあるいは分散プリズムベースの分光器を構築するためのあらゆる部品が含まれています。
回折格子ベースの分光器には、波長分散型素子として600 lines/mmあるいは1200 lines/mmの反射型回折格子(ブレーズド)、プリズムベースの分光器には等辺分散プリズムが使用されています。光源として広帯域白色LED、そしてバンドパスフィルタが付属し、狭帯域のスペクトル線幅を生成します。付属する部品のリストについては「キット構成部品」タブをご覧ください。このキットで構築された分光器は、高いスペクトル分解能を得ることができます。例えば、こちらのセットアップはスペクトル間隔が0.6 nmのナトリウムのD線を分解することができます。
回折格子ベースの分光器は光源のスペクトル成分の解析に加え、光の干渉や波長特性のほか、スリット幅と空間分解能、スリット幅と強度、そして回折格子の溝密度と空間分解能の関係性を調べることができます。プリズムベースの分光器では様々な光線光学の概念を学習でき、またプリズムガラスの屈折率の算出に使用することができます。この2つの構成の詳細については「実験」タブをご覧ください。
ズーム
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拡張キットEDU-SPEBCT1/Mと教育用キットEDU-SPEB2/Mの部品で構築したツェルニー・ターナー型構成
- 上記のEDU-SPEB2/Mと使用してツェルニー・ターナー型分光器を構築
- 色収差をなくすため、レンズの代わりに凹面ミラーが2つ付属
- 回折格子の回転ステージ、2つ目の可変スリット、フォトダイオードを用いて。定量的な吸収分光法を実習可能
- モノクロメータの機能を追加
拡張キットEDU-SPEBCT1/Mには、分光器教育用キットEDU-SPEB2/Mを市販の分光器でよく使用されているツェルニー・ターナー構成の走査型分光器に変換するための部品がすべて含まれています。
ツェルニー・ターナー型セットアップには、色収差を避けるためレンズの代わりに凹面ミラー、モノクロメータ機能追加用回折格子の回転ステージと2つ目の可変スリット、定量的吸収分光法用のフォトダイオードが含まれています。付属部品のリストは「キット構成部品」のタブをご覧ください。 このキットにより、分光器とモノクロメータの動作原理を深く理解することができます。また、様々な光源のスペクトルを記録できるとともに、固定または液体試料の吸収分光が実習可能です。拡張キットにはテストサンプルとして可視域に複数のバンドパスを持つ色付きガラスフィルタが含まれています。ツェルニー・ターナー型セットアップの詳細については「ツェルニー・ターナー型用アドオンについて」タブをご覧ください。
注:ツェルニー・ターナー型用拡張キットEDU-SPEBCT1/Mは独立したキットではありません。完全なツェルニー・ターナー構成の構築には分光器教育用キットEDU-SPEB2/M(上記)に付属する部品が必要です。ツェルニー・ターナー構成の構築に必要な部品のみをご希望の場合には、当社までお問い合わせください。
 分光器教育用実験キット |