23088

Реєстрація спектрів випромінювання

Лабораторная работа

Физика

Вимірювання форми імпульсу випромінювання. Реєстрація спектрів випромінювання. Терміни та визначення Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла.

Украинкский

2013-08-04

167 KB

3 чел.

5


Реєстрація спектрів випромінювання

PAGE  7

Реєстрація спектрів випромінювання

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ФІЗИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ОПТИКИ

ПРАКТИКУМ “ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННІ ПРИЛАДИ І СИСТЕМИ”

9

Реєстрація спектрів випромінювання.

КИЇВ 2001


Список лабораторних робіт та додаткових матеріалів практикуму

“Оптико-електронні прилади і системи”

--------------------------------------------------------------------------------------------

  1.  Дослідження характеристик фотоелектронного помножувача.
  2.  Дослідження характеристик фоторезистора.
  3.  Дослідження характеристик фотодіода.
  4.  Електрометричний вимірювач струму.
  5.  Синхронний детектор.
  6.  Метод лічби одноелектронних імпульсів.
  7.  Вимірювання форми імпульсу випромінювання.
  8.  Реєстрація спектрів пропускання.
  9.  Реєстрація спектрів випромінювання.
  10.  Вимірювання спектральної чутливості фотоприймачів.
  11.  Вимірювання абсолютної та порогової чутливості фотоприймача.
  12.  Методи модуляційної спектроскопії.
  13.  Мікрофотометри.

  1.  Терміни та визначення
  2.  Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла. Функція Планка.
  3.  Опис спектрофотометра СФ-5


У цій лабораторній роботі Ви познайомитеся з принципом дії фотоелектричних фотометрів – оптико-електронних приладів, призначених для вимірювання спектрів випромінювання, особливостями методики вимірювання цих спектрів, а також способами оформлення результатів вимірювання.

За способом використання енергетичної характеристики приймача випромінювання фотоелектричні фотометри можна розділити на два типи. В першому типі фотометрів енергетична характеристика приймача використовується як фотометрична, коли вона має добре виражену лінійну залежність. В другому типі фотометрів приймач використовується в якості індикатора рівності двох падаючих на нього потоків.

Блок-схема фотоелектричного фотометра першого типу наведена на малюнку. Досліджуваний світловий потік надходить в монохроматор, оптична система якого розкладає потік за довжинами хвиль в площині вихідної щілини, а пристрій сканування переміщує отриманий спектр відносно вихідної щілини монохроматора. Світловий потік, що пройшов крізь монохроматор, діє на приймач випромінювання; фотострум, що виникає, підсилюється підсилювачем і надходить на реєструючий прилад.

Нехай розподіл енергії в спектрі потоку, що досліджується і падає на вхідну щілину монохроматора, підкоряється функції P() і монохроматор налаштований на довжину хвилі 0 пропускає вузький спектральний інтервал падаючого на нього потоку , причому потік енергії, який відповідає різним ділянкам цього інтервалу, послаблюється неоднаково. Апаратна функція монохроматора A() являє собою залежність пропускання монохроматора строго монохроматичного потоку від довжини хвилі цього потоку. При цьому покладають, що відповідає довжині хвилі потоку, що фокусується симетрично на вихідну щілину. Напівширина апаратної функції відповідає ефективній спектральній ширині щілин монохроматора. Потужність потоку випромінювання на виході монохроматора буде:

.   (1)

Якщо напівширина апаратної функції монохроматора набагато менша за напівширину спектра, що досліджується, формула (1) набуде наступного вигляду:

і спектральний склад цього потоку зосереджений в ділянці  /2. Струм на виході приймача буде:

тут останній член відповідає спектральній чутливості приймача, яка змінюється незначно в інтервалі  /2, що завжди добре виконується. Перетворимо досліджуваний фотострум за допомогою перетворювача струм-напруга з коефіцієнтом перетворення Ri в напругу

яку і зареєструємо реєструючим приладом. Таким чином для визначення істинної форми спектра, що досліджується

,  (2)

треба знати величину,  вказану в знаменнику останньої формули (2), яку ще називають спектральною чутливістю спектрометра 

 при довжині хвилі .

Для визначення кривої   як функції довжини хвилі необхідно зареєструвати спектр відомої (стандартної) форми P0. Це може бути спектр лампи розжарювання з відомою колірною температурою, або якій-небудь відомий спектр люмінесценції. Отримавши (вимірявши) для такого джерела залежність

,

знаходимо

,

тут - розподіл потужності в спектрі відомого потоку випромінювання. Далі легко знайти

.

Якщо реєстрація спектру здійснюється за допомогою рівномірного сканування двигуном, а отримана напівширина апаратної функції порівнянна з напівшириною досліджуваного спектру (A  P), то вносяться спотворення і досліджуваний спектр відрізняється від істинного. При автоматичній реєстрації спектра, коли він сканується з кінцевою швидкістю , записана самопишучим потенціометром або осцилографом крива фотоструму  відрізняється за формою від дійсної залежності  внаслідок інерційності підсилювача та реєструючого пристрою. Таким чином, треба віднайти істину форму спектру P() по записаній залежності  з врахуванням спотворень, які внесені монохроматором, підсилювачем і реєструючим пристроєм. Важливо також знайти такі умови вимірювань, коли ці спотворення вносять помилки менші за задані. Тоді при обробці результатів вимірювань їх можна не враховувати.

Потік на виході монохроматора,

.

Для кількісної оцінки відмінності форми функції  від  необхідно залежності  та  представити в явному вигляді. Величину спотворень можна достатньо добре оцінити, якщо ці залежності представити у вигляді гаусових кривих:

, ,

тут та – коефіцієнти, пов’язані з напівширинами A апаратної функції та досліджуваного спектру P  наступними залежностями:

, .

Тоді функція  описується гаусовою кривою з на півшириною

.

Якщо P >> A , то

.

Якщо реєструючий пристрій має перехідну характеристику

,

тобто є інерційним, (тут – постійна часу реєстратора), то при скануванні спектру із швидкістю  внаслідок інерційності системи реєстрації крива  буде відрізнятися від кривої , яка за формою співпадає з . Цю відмінність, яка залежить від співвідношення  P  і , а також від швидкості сканування v , зручно характеризувати параметром

.

Криві залежності спотворення смуги за час запису для різних значень параметру K наведені на Мал. Значення K= відповідає = 0, тобто безінерційній реєструючій системі. Видно, що при зменшенні K максимуми кривих знижуються та зсуваються, а самі криві розширюються. Однак, площа під кривою при цьому залишається незмінною. Ці спотворення на практиці характеризують:

коефіцієнтом зниження в максимумі   ;

коефіцієнтом уширення кривої   ;

коефіцієнтом відносного зміщення   ,

тут - абсолютне зміщення максимуму.

Наприклад, при K ≥ 3:

.

Задавшись максимально можливими коефіцієнтами спотворення смуги , і , можна знайти гранично допустиму швидкість сканування

,

Для того, щоб отримати спектр випромінювання досліджуваного джерела необхідно для кожної довжини хвилі 0 провести обчислювання за формулою (2). Ця процедура є достатньо трудомісткою. Тому часто застосовують пристрої, які дозволяють автоматично вносити поправки на неоднакову чутливість спектрометра по спектру. Наприклад, якщо змінювати опір зворотного зв’язку в схемі перетворювача струм-напруга за законом:

;

тоді спектральна чутливість спектрометру

не буде змінюватися при скануванні спектру.

Завдання

Перед початком роботи уважно ознайомтеся з усіма матеріалами і літературою, пропонованими до даної лабораторної роботи. Перед початком вимірів спробуйте спрогнозувати свої дії. При необхідності, частіше радьтеся з викладачем, або з лаборантом.

1. За допомогою монохроматора УМ-2 та піроелектричного приймача зареєструйте модуляційним методом з синхронним детектуванням спектр випромінювання галогенної лампи розжарення з колірною температурою 3200К.

Корисні поради: скористайтеся градуювальною таблицею монохроматра УМ-2.

2. Повторіть вимірювання спектра випромінювання лампи розжарення застосувавши в якості приймача випромінювання фотодіод.

Корисні поради: зменшіть ширини щілин монохроматора, зменшіть чутливість синхронного детектора.

3. Зареєструйте спектри випромінювання напівпровідникових світлодіодів з різним кольором світіння (приймач випромінювання - фотодіод).

Корисні поради: знайдіть довжину хвилі, що відповідає максимуму в спектрі випромінювання.

4. Розрахуйте апаратну функцію монохроматора УМ-2, побудуйте її.

5. Побудуйте криву відносної спектральної чутливості фотодіода.

6. Розрахуйте та побудуйте спектр випромінювання світлодіода в координатах:

- спектральна густина потужності від довжини хвилі (нм) ,

- спектральна густина потужності від частоти (см-1),

- число квантів від частоти (еВ)

Література:

1. Соболева Н.А., Меламид А.Е. Фотоэлектронные приборы. -М.: Высшая школа.-1974.

2. Монохроматор УМ-2. Инструкция по эксплуатации.

3. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л. Приемники оптического излучения. Справочник. -М.: Радио и связь.-1987.

4. Ишанин Г.Г.  Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов. - Л.: Машиностроение. - 1986.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

65288. Експериментальне дослідження просторово-часових характеристик завад від морської поверхні й неоднорідностей тропосфери для оптимізації пристроїв обробки сигналів радіотехнічних систем 982 KB
  Проблема забезпечення безпечного судноводіння в умовах обмеженої видимості й у складних метеоумовах належить до однієї з найбільш затребуваних завдань сучасної навігації. При цьому використанню радіолокаційних засобів немає альтернатив, тому що виявлення...
65289. Швидкий пошук різноформатних даних в граничних режимах систем управління 845 KB
  Сучасний розвиток промисловості характеризується зростанням вимог до інформаційного забезпечення інтеґрованого організаційно-адміністративного управління на верхньому рівні ієрархії та жорсткими вимогами...
65290. Творчість Палладія Еленопольського в контексті формування ідеалів християнського життя: історико-соціальний аспект 208.5 KB
  Актуальність роботи зумовлюється і тим що дослідження процесу використання біблійних текстів у конструюванні християнського дискурсу за часів Пізньої Античності є відносно новими і нечастими; ця сфера історичних досліджень лише нині почала активно розвиватися в зарубіжній історіографії...
65291. ФОРМУВАННЯ ФАХОВОЇ КОМПЕТЕНТНОСТІ МАЙБУТНІХ ІНЖЕНЕРІВ-МЕТАЛУРГІВ У ПРОЦЕСІ ВИВЧЕННЯ ПРОФЕСІЙНО ОРІЄНТОВАНИХ ДИСЦИПЛІН 217 KB
  Необхідність підвищення рівня фахової компетентності майбутніх інженерівметалургів зумовлена інтенсивною модернізацією вітчизняного металургійного...
65292. Формування дослідницьких умінь студентів технічних університетів у процесі вивчення професійно-орієнтованих дисциплін 538.5 KB
  Критерії: 1 мотиваційно-ціннісний 2 когнітивний 3 діяльнісний формування ціннісного ставлення до дослідницької діяльності; створення в технічному університеті професійнодослідницького середовища; забезпечення...
65293. Підвищення ефективності процесу електродугового наплавлення шляхом використання комбінованих магнітних полів 2.57 MB
  Встановлення особливостей впливу КМП на процеси утворення форми посилення валика та форми проплавлення основного металу при дуговому наплавленні під флюсом дасть можливість розробити рекомендації для вибору оптимальних параметрів...
65294. ФОРМУВАННЯ ЗАГАЛЬНОТЕХНІЧНИХ ЗНАНЬ У ПРОЦЕСІ ПРОФЕСІЙНОЇ ПІДГОТОВКИ МАЙБУТНІХ УЧИТЕЛІВ ТЕХНОЛОГІЙ 221.5 KB
  Нерозробленість даної проблеми наявні протиріччя обумовили вибір теми дисертаційного дослідження: Формування загальнотехнічних знань у процесі професійної підготовки майбутніх учителів технологій.
65295. СУЇЦИДАЛЬНИЙ ДИСКУРС В УКРАЇНСЬКІЙ ПРОЗІ 20-30-Х РР. ХХ СТ. (ПСИХОАНАЛІТИЧНА ІНТЕРПРЕТАЦІЯ) 165.5 KB
  Актуальність дослідження зумовлюється подальшим розвитком психоаналітичної інтерпретації в сучасному українському літературознавстві, що передбачає освоєння нової проблематики, якою є наразі суїцидальна образність.
65296. ТУРБІННИЙ ВИМІРЮВАЛЬНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ ВИТРАТ З ГІДРОДИНАМІЧНИМ ВРІВНОВАЖЕННЯМ ЧУТЛИВОГО ЕЛЕМЕНТА 5.41 MB
  Для визначення кількісних показників потоків широкого застосування набули прилади та системи вимірювання витрат рідин з турбінними перетворювачами витрат ТПВ завдяки їх перевагам перед існуючими приладами інших класів аналогічного призначення.