光谱学实验——用摄像头和纸板光栅做简易光谱仪
背景
手机做光谱分析的传统思路：用纸板光栅或 CD/DVD 光盘把光色散成光谱，然后用手机拍照后再用电脑软件分析。v1.2.1 把"再用电脑分析"这一步省掉了——phyphox 直接在手机端完成图像线性化、亮度提取、波长标定，变成了一个真正能"看光谱"的简易光谱仪。
需要准备什么
- 一台带摄像头的手机（最好是后置）
- 一个纸板光栅（物理实验器材，淘宝几块钱一片），或者一张 CD/DVD 光盘（背面反射光谱）
- 一个三脚架（手动用手举着会抖得厉害，影响精度）
- 被测光源（普通灯泡、LED、激光笔、火焰……）
物理原理
白光通过光栅后会被色散成不同波长的光——波长不同、衍射角不同。摄像头拍下来的光谱是一张彩色带子，沿横向（或纵向）不同位置对应不同波长。
phyphox 做的事：
- 提取光谱图像：从摄像头画面里框选光谱区域
- 线性化：不同像素位置到波长的映射关系（通常是非线性的，因为透镜畸变）
- 列/行平均：沿光谱方向逐列取平均亮度，得到一维光谱曲线（横向坐标是像素位置，纵向是亮度）
- 标定（可选）：手动指定两个已知波长的位置点，phyphox 自动把像素坐标转换成波长坐标（nm）
操作步骤
- 搭建装置：光源 → 光栅 → 三脚架固定的手机摄像头（三者在一条线上，距离合适）
- 调焦：先手动对焦让光谱成像清晰
- 打开光谱学实验
- 框选区域：在画面上用两个点标记光谱带的范围
- 观察：phyphox 实时输出亮度-像素位置曲线
- 标定波长（可选）：如果能找到已知波长的特征谱线（比如汞灯的 546.1 nm 绿线、钠灯的 589 nm 黄线），标记这些点后曲线横轴会变成波长（nm）
能测什么
| 光源类型 | 光谱特征 | phyphox 能看到 |
|---|---|---|
| 白炽灯 | 连续光谱（类似黑体辐射） | 平滑宽曲线 |
| 太阳 | 连续 + 吸收线（夫琅禾费线） | 宽曲线 + 窄凹陷（可能看不清） |
| LED | 窄带连续或多个尖峰 | 几个窄峰 |
| 荧光灯 | 离散谱线（汞原子发射线） | 几个窄而高的峰 |
| 激光笔 | 单一波长（理想单色） | 一个很窄很高的尖峰 |
| 火焰 + 盐 | 焰色反应的特征波长 | 特征尖峰（需要足够亮） |
精度
官方说明 v1.2.1 的光谱实验"精度有限"——主要是因为：
- 手机摄像头色彩处理不是为光谱设计的（会做白平衡、降噪等后处理）
- 光栅本身的色散角有限，波长分辨率取决于摄像头像素密度
- 没有硬件级的线性校准
对于教学演示来说完全够用——能清晰看到不同光源的光谱形状差异。对于定量分析来说需要用更专业的光谱仪。