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

57613. Велика Вітчизняна війна (1941-1945 рр.) – складова Другої світової війни 54.5 KB
  Мета: познайомити учнів з подіями Великої Вітчизняної війни політикою загарбників на окупованих українських територіях діяльністю руху Опору на території України; вдосконалювати навички роботи з картою...
57614. ВЕРБАЛІЗАЦІЯ СТРАХУ В СУЧАСНІЙ АНГЛІЙСЬКІЙ МОВІ 322.5 KB
  Мовні засоби вираження емоції страху, а також об’єкти, які викликають у людини цю емоцію. Новизна та вибір предмета дослідження обумовлюються відсутністю детального аналізу мовних засобів, які використовуються автором у художньому тексті для вираження мовлення персонажів, які перебувають у стані страху.
57615. КИРИЛЛО – МЕФОДИЕВСКОЕ БРАТСТВО 80.5 KB
  Цели урока: ознакомить учащихся с деятельностью первой украинской политической нелегальной организацией - Кирилло-Мефодиевским братством; провести исследование программных документов и общественно-политической деятельности Кирилло-Мефодиевского братства...
57616. Галицко-Волынское княжество во времена Даниила Галицкого 85.5 KB
  ЦЕЛЬ: сформировать представление о Галицко-Волынском княжестве как наследнике традиций Киевской Руси показать роль Даниила Галицкого в процессе создания государства охарактеризовать основы внутренний и внешней политики...
57617. Державотворчі процеси у 1994-2009 р 138.5 KB
  Мета: розкрити зміст перетворень в 1994-2009 р., сформувати політичну позицію щодо оцінки президентства Л.Д.Кучми, В.А.Ющенка, діяльності Верховної Ради, Кабінету Міністрів; перемогу демократичних сил,радикальні зміни у суспільстві; виховувати в дусі патріотизму, толерантності.
57618. Географічні назви в історичній науці. Давні словяни 42.5 KB
  При дослідженні минувщини вчені часто знаходять різні назви. Інші з цих назв назви народів вони називаються етнонімами. Вчення про географічні назви іменується топонімією від грецьких слів топос...
57619. КООПЕРАЦІЯ, КОЛЕКТИВІ3АЦІЯ, ГОЛОДОМОР В УКРАІНІ У 1932-33 РОКАХ 247.09 KB
  Мета - розкрити причини та наслідки політики радянського уряду щодо селянства в України у 20—их поч.30-их років; познайомити з фотодокументами, спогадами очевидців, що підтверджують існування голодомору в Україні у 1932-33 роках...
57620. ГОЛОДОМОР 1932-1933 РР. – ГЕНОЦИД УКРАЇНСЬКОГО НАРОДУ 120.5 KB
  Навчальна. Ознайомити учнів з історичними передумовами виникнення Голодомору, з політикою більшовиків проти українського народу, охарактеризувати наслідки Голодомору. Довести злочинний характер сталінізму. Простежити висвітлення Голодомору в українській літературі та фольклорі.
57621. Особливості розвитку культури у другій половині 19ст. Освіта. Наука 156 KB
  Мета: виявити загальні закономірності та особливості розвитку культури в Україні у другій половині 19ст. Грушевського в розвиток української науки; виховувати шанобливе ставлення учнів до визначних діячів української культури другої половини 19ст.