23080

Вимірювання оптичних сталих металів та напівпровідників фотоелектричним методом Бітті

Лабораторная работа

Физика

Якщо поляризатор утворює з площиною падіння кут β а аналізатор кут α то електричний вектор після проходження світлом поляризатора відбиття від зразка та проходження через аналізатор складатиметься з двох проекцій р та s компонент зсунутих по фазі одна відносно іншої. Проекції р та s компонент на площину аналізатора визначають з формул де α – кут між площиною коливань в аналізаторі і р площиною А0 амплітуда коливань пропущених поляризатором; rp rs амплітудні коефіцієнти відбиття для р та...

Украинкский

2013-08-04

933.5 KB

1 чел.

Робота 2.

Вимірювання оптичних сталих металів та напівпровідників фотоелектричним методом Бітті

Прилади; джерело світла, монохроматор, поляризаційний гоніометр, досліджуваний зразок у вигляді плоского дзеркала, фотоелектрична приставка, яка складається з фотоелемента або фотопомножувача, підсилювача постійного струму, блока живлення І реєструючого приладу (гальванометра, мікроамперметра або електронного потенціометра)

Теоретичні відомості

Методи вимірювання оптичних сталих металів та напівпровідників на відміну від фотографічних та візуальних забезпечують більшу точність вимірювань, а також дозволяють працювати в широкому оптичному діапазоні і автоматизувати процес вимірювань. Одним з поширених фотоелектричних методів є метод Бітті, який дає досить точні результати.

Як і у візуальних методах, оптичні сталі - показник заломлення n і показник поглинання κ визначають за формулами

(3)

де φ - кут падіння світлових променів на дзеркальний зразок;

Δ — зсув фаз між p - та s - компонентами електричного вектора у відбитій хвилі; ψ - азимут відновленої лінійної поляризації.

Для визначення Δ і ψ треба виміряти два відношення інтенсивностей. Якщо поляризатор утворює з площиною падіння кут β, а аналізатор - кут α, то електричний вектор після проходження світлом поляризатора, відбиття від зразка та проходження через аналізатор складатиметься з двох проекцій р - та s—компонент, зсунутих по фазі одна відносно іншої.

Проекції р - та s - компонент на площину аналізатора визначають з формул

                                 ,

де α – кут між площиною коливань в аналізаторі і р- площиною, А0 - амплітуда коливань, пропущених поляризатором; rp, rs - амплітудні коефіцієнти відбиття для р - та s - компонент; δp, δs - зсув фаз компонент при відбитті.

Інтенсивність світла після аналізатора описується як:

(5)

де β – кут між площиною коливань в поляризаторі і р- площиною, Δ=δps – різниця фаз між p- та s- компонентами; η=tgψ=rp/rs – відношення амплітудних коефіцієнтів відбиття.

У вираз (5) входять кути α і β, один з них можна зафіксувати, а другому надавати кілька значень і вимірювати інтенсивність. Наприклад, нехай β=45, тоді

Вимірюючи інтенсивність J(α) для трьох кутів 0, 45 і 90: J(0)=Jp, J(45)=J45, J(90)=Js визначають ψ і Δ:

  (6)

Для лінійної фотоелектричної системи відповідні відношення інтенсивностей можна замінити відношенням підсилених фотострумів.

Експериментальна частина

Схема установки

Схема установки наведена на рис.2. Промені від вихідної щілини монохроматора Sp проходять крізь лінзу Л1, яка проектує зображення вихідної щілини на вхідну щілину коліматора S. Після коліматора О1 паралельні пучки світла проходять крізь поляризатор Р, відбиваються від зразка М, проходять крізь аналізатор А і лінзою О2 збираються на фотоприймач Ф. Фотоелектрична приставка складається з фотоприймача Ф, підсилювача, блока живлення і реєструю чого приладу

Для вимірювання кута падіння φ в установку замість фотоприймача вставляють окуляр з перехрестям ниток, який разом з об’єктивом О2 утворює зорову трубу. Слід враховувати, що монохроматор вносить значну поляризацію, тому виникають додаткові похибки. В схемі на рис.2 монохроматор стоїть на вході, тому для усунення похибок, пов’язаних з поляризацією світла, треба залишати нерухомим поляризатор Р, а інтенсивність вимірювати, повертаючи аналізатор разом з фотоприймачем Ф. Якщо оптична схема зібрана так, що монохроматор стоїть на виході, нерухомим залишають аналізатор. В цьому випадку треба переконатися, що джерело дає неполяризоване світло.

Виконання роботи

  1.  Вимірювання кута падіння φ у вихідну трубу замість фотоприймача вставляють окуляр, зразок, встановлюють на столик гоніометра і обертанням його та вихідної зорової труби добиваються збігу зображення вхідної щілини коліматора з перехрестям . ниток окуляра. Вхідний коліматор і зорову трубу спочатку слід настроїти на нескінченність. Кут падіння дорівнює половині кута між вхідною і вихідною трубами, який відлічується на гоніометрі. Для підвищення точності кут падіння має наближатись до головного кута падіння,, який у видимій та ультрафіолетовій, ділянках спектра лежить в межах 65-75°.
  2.  Орієнтація поляризатора і аналізатора відносно p- та s- напрямів. Для орієнтації поляризатора і аналізатора окуляр замінюють фотоприймачем Ф. Обертаючи поляризатор і аналізатор, досягають повного гашення, тобто відсутності сигналу. Для цього треба, щоб площини коливань електричного вектора в поляризаторі і аналізаторі збігалася з p- та s- напрямами. Ці положення позначають на лімбах поляризатора та аналізатора. Поляризатор повертають на 45°, аналізатор на 90 і порівнюють сигнали до і після повертання аналізатора на 90. Більший сигнал відповідає випадку, коли площина коливань аналізатора збігається з s- площиною, а менший – з р- площиною.

3. Вимірювання відношення інтенсивностей і обчислення оптичних сталих. Для кожної довжини хвилі повертають аналізатор так, щоб його площина пропускання збігалась з р - площиною, була орієнтована під кутом.45 до р- площини, збігалась з s- площиною. Орієнтація під кутом 45 відповідає тому випадку, коли поляризатор і аналізатор відхиляються від положення повного гашення на 45, але в протилежних напрямах.

При трьох положеннях аналізатора реєструючий прилад, видає три сигнали Js, Jp, J45. Підставляючи їх у формули (6) дістають значення зсуву фаз Δ та азимута відновленої поляризації ψ для даної довжини хвилі. За формулами (3) обчислюють оптичні сталі n і κ.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23123. Хвилі у пружньому середовищі. Хвильове рівняння. Звукові хвилі 59.5 KB
  Хвилі у пружньому середовищі. Звукові хвилі. Розрізняють хвилі повздовжні і поперечні в залежності від того чи рухаються частинки біля своїх положень рівноваги вздовж чи поперек напрямку розповсюдження хвилі. Розглянемо хвилі типу Позн.
23124. Рух ідеальної рідини. Рівняння Бернуллі 55.5 KB
  Нагадаємо що поле швидкостей характеризує не швидкiсть окремих частинок середовища а швидкiсть у данiй точцi в даний момент часу будьякої частинки рiдини або газу що знаходиться в цiй точцi в цей момент часу. Надалi будемо розглядати такi рiдини або гази для яких тензор пружних напругє iзотропним: pij = −pδij 14.10 для в’язкої рiдини газу набуде вигляду: Це є рiвняння Нав’єСтокса де η – коефiцiєнт зсувної в’язкостi – коефiцiєнт об’ємної в’язкостi. Для повного опису руху рiдини необхiдно додати ще рiвняння неперервностi та...
23125. Число Рейнольдса. Рух в’язкої рідини 44 KB
  В’язкою рідиною називають середовище в якому нарівні з нормальними напругами відмінні від нуля і дотичні напруги, що виникають внаслідок сил тертя. Коли швидкості не дуже великі, в’язка частина тензора напруг матиме такий вигляд...
23126. Основні закони термодинаміки. Формулювання другого закону термодинаміки через ентропію. Статистичне означення ентропії 88.5 KB
  Функція що зв’язує тиск об’єм і температуру фізично однорідної системи яка перебуває в термодинамічній рівновазі називається рівнянням стану. Другий закон ТД для нерівноважних процесів: Для адіабатичного процесу ентропія системи зростає. При маємо: тобто Третій закон ТД: по мірі наближення Т до 0 К ентропія будь якої рівноважної системи перестає залежати від будьяких ТД параметрів системи.
23127. Основні закони термодинаміки. Статистичне визначення ентропії 181.5 KB
  0Начало термодинаміки . 0Начало вводить скалярну величину T для характеристики рівноважн. 1Начало термодинаміки . 1Начало вимірюється в енергетичн.
23128. Розподіл Максвела і Больцмана та їх експериментальна перевірка 82.5 KB
  Розподіл Максвела і Больцмана та їх експериментальна перевірка. Розглянемо розподіл молекул по швидкостям. Розподіл Максвела – це розподіл по швидкостях не залежить від напряму швидкості то ж перейдемо до сферичної системи координат . Остаточно маємо: розподіл Максвела.
23129. Міжмолекулярна взаємодія та її прояви 92 KB
  Для газу Потенціал прямокутної ями. При стискуванні газу його густина збільшується і середня відстань між молекулами зменшується. Міжмолекулярна взаємодія неідеальність газу яскраво проявляється в процесі ДжоуляТомпсона в якому відбувається зміна температури при продавлюванні газу скрізь пористу перетинку. Для ідеального газу .
23130. Явища переносу в газах, рідинах і твердих тілах 77 KB
  Явища переносу в газах рідинах і твердих тілах. Явища переносу я. Всі явища переносу являються необоротними. 1 Процеси переносу в газах Загальне рівняння переносу G – характеризує деяку молекулярну властивість віднесену до однієї молукули.
23131. Фазові перетворення першого і другого роду 55 KB
  Фазові перетворення першого і другого роду. Перетворення при яких відбуваються стрибки перших похідних від хімічного потенціалу називаються фазовими переходами першого роду. При фазових переходах першого роду виділяється або поглинається тепло: прихована теплота. рівняння Клапейрона –Клаузіуса для фазових переходів першого роду.