Výroba jednoduchého spektroskopu z CD nebo DVD

Úvod

Při pohledu na povrch CD nebo DVD jistě každého zaujme odlesk duhových barev. Ten je způsoben rozkladem světla na mikroskopických jamkách vypálených do povrchu nosiče a uspořádaných do spirály vynoucí se od okraje CD až do jeho středu. Tato spirála je tak těsná, že její části můžeme prakticky považovat za soustředné kružnice vzdálené od sebe pouhých cca 1.6 mikrometru u CD a 0.8 mikrometru u DVD. Takto uspořádaná struktura se chová jako difrakční mřížka pro viditelnou oblast spektra. Geniální nápad jak využít těchto médií v jednoduchém spektroskopu jako disperzního prvku a přiblížit tak spektroskopii studentům, dětem a širší veřejnosti pomocí jednoduchého a levného vybavení, byl poprvé publikován v časopise Journal of Chemical Education v roce 1997. Od té doby byl nápad mnohokrát zveřejněn na internetu s mnoha obměnami a vylepšeními, takže dnes lze pomocí tohoto "primitivního" nástroje a digitálního fotoaparátu podnikat doma na koleně experimenty, které byly ještě před několika lety nemyslitelné (viz. sekce Spektroskopie - Jednoduché experimenty). Přistupme tedy k výrobě tohoto přístroje.

Použitý materiál

Difrakční mřížka

pozorování spektra

Obr.1 Pozorování spektra pomocí CD nebo DVD

Jako difrakční mřížka je v této variantě využito CD nebo DVD. Vyzkoušel jsem obě varianty. Osobně upřednostňuji použití DVD vzhledem k tomu, že tento nosič má díky své větší kapacitě větší mřížkovou konstantu (větší počet stop - "vrypů" na milimetr) a tím i lepší rozlišení. V praxi to znamená, že již v prvním řádu spektra získáme obdobné rozlišení jako u obyčejného CD až v řádu druhém. Druhý řád má však menší intenzitu a tudíž u slabších zdrojů je spektrum celkově hůře pozorovatelné. Při výběru DVD se může vyskytnout jeden zásadní problém. Některá DVD jsou nepoužitelná, protože spektrum je v červené oblasti přerušeno tmavým pruhem. Původ tohoto jevu je mi prozatím neznámý, nicméně pro náš účel činí nosič nepoužitelným. Je li nosič vhodný či nevhodný zjistíme velice snadno. DVD uchopíme do ruky, přiblížíme těsně k oku a namíříme na zdroj světla (nejlépe žárovku). Poté nosič naklápíme dokud neuvidíme odraz spektra. Ve spektru bychom měli spatřit všechny barvy od červené po fialovou bez jakéhokoli přerušení. Většinou se doporučuje použití nosičů se stříbrnou vrstvou, vyzkoušel jsem i nosiče s vrstvou barevnou a lze je bez problémů také použít. Při experimentech se mi osvědčilo DVD značky EMGETON (známá značka nekvalitních kazetových pásek socialistické éry).

Máme-li vybrán nosič, potřebujeme z něho "ukrojit" díl vhodné velikosti, který zabudujeme do našeho spektroskopu. Lze tam samozřejmě zabudovat CD nebo DVD celé, je to však poněkud nepraktické z hlediska velikosti a z hlediska toho, že pro pozorování stejně využíváme pouze část povrchu. K porcování nosičů se nejlépe hodí rozpálený nůž. Nemá smysl se pokoušet nosič řezat pilkou nebo krájet za studena. Vždy se totiž poruší metalizovaná vrstva, která slouží jako difrakční mřížka a výsledek je nepoužitelný. Variantou je i řezání rozpáleným odporovým drátem (řezačky na polystyren). Kousek který vyříznete by měl mít proporce zhruba takové jaké jsou na následujícím obrázku.

Obr.2 Tvar výřezu mřížky z nosiče a jeho umístění vzhledem ke štěrbině

Až budete umisťovat mřížku do tubusu tak nezapomeňte, že část CD nebo DVD, která byla původně blíže středu musí mířit směrem ke štěrbině!

Štěrbina

Obr.3 Uchycení štěrbiny k tubusu

Velice důležitou součástí spektroskopu je štěrbina. Vymezuje totiž ze zdroje úzký svazek světla, který dopadne na dif. mřížku. Kvalita výsledného spektra hodně závisí na kvalitě štěrbiny. Ta by měla mít rovnoběžné hrany a naprosto rovné, neotřepané okraje. V opačném případě bude spektrum nerovnoměrně jasné, nebo se napříč celým spektrem potáhnou tmavé čáry. Štěrbinu je dobré udělat s nastavitelnou šířkou v rozsahu asi 0.1 - 1 mm. Pro její výrobu se výborně hodí žiletky. Tento konstrukční detail jsem vyřešil tak, že jsem před vstupní otvor přišrouboval hliníkový pásek který žiletky přitlačuje, ale zároveň jimi lze volně pohybovat (viz. obrázek).

Natáčení mřížky

Obr.4 Uchycení štěrbiny k tubusu

Pro větší komfort při používání spektroskopu je dobré umístit mřížku na otočnou hřídelku, tak jak je to zobrazeno na obrázku č.4. Otočná hřídelka nám totiž umožní snadnější zaměřování zdroje a pozorování spekter vyšších řádů. Hřídelku jsem vyrobil ze šroubu M5 x 60 procházejícího tubusem. Mřížka je na hřídelku přilepena plastickým kytem, aby šla kdykoliv bez problémů vyměnit.

Tubus

Tubus je vyroben z plastové polyethylenové trubky vnitřního průměru 46 mm a délky 220 mm. V trubce je cca 45 mm od zadního okraje vypilován pozorovací otvor o průměru 20 mm. Dno a čelo tubusu bylo vyříznuto z plastové desky tloušťky 4 mm a je vždy provedeno ze dvou kusů o průměrech 50 a 46 mm slepených k sobě. Takto fungují jako špunt a lze je do tubusu zasunout bez lepení. V předním díle byl navíc vyříznut otvor o rozměrech 28 x 9 mm, před který je umístěna štěrbina. Pro omezení parazitních odlesků je vhodné tubus natřít nebo nastříkat matnou černou barvou a dále do tubusu vlepit alespoň jednu clonku o průměru otvoru 22 mm ve vzdálenosti 90 mm od zadní starany tubusu.

Výhody a nevýhody tohoto jednoduchého přístroje

Výhody
Nevýhody

Závěr

Doufám, že tento jednoduchý přístroj vás překvapí stejně, jako překvapil mne. Jeho výroba mi zabrala zhruba 2 hodiny. Ten kdo by chtěl dosahnout výsledku dříve může samozřejmě použít k zabudování CD třeba papírové krabice a žiletky před vstupní otvor napevno nalepit. Výroba verze s krabičkou od pasty jak je uvedeno na stránkách "Návod na použití vesmíru" vám nezabere ani čtvrt hodiny.