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

4 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

34513. Позднее Возрождение в Венеции. Творчество Тициана, Тинторетто, Веронезе 16.52 KB
  1509 Дрезден Картинная галерея “Три философа†ок. “Любовь небесная и земная†1514 Рим галерея Боргезе. Импозантность и демонстрация жизненного амплуа модели в портретах Федериго II Гонзага 1529 Мадрид Прадо и Ипполито Медичи 1533 Флоренция галерея Питти. Работы среднего периода: “Введение во храм†1534 1538 Венеция Академия “Венера Урбинская†1538 Флоренция Уффици “Даная†1544 1546 Неаполь галерея Каподимонте.
34514. Северное Возрождение. Искусство Нидерландов. Ян ван Эйк. Рогир ван дер Вейден. Гуто ван дер Гус. Мир И. Босха. Питер Брейгель Старший 19.04 KB
  Ян ван Эйк. Рогир ван дер Вейден. Гуто ван дер Гус. и Яна около 1390 1441 ван Эйков законченного Яном ван Эйком в 1432 г.
34515. Философско-эстетические взгляды А. Мердок. Конфликт искусства и жизни в романах писательницы 15.66 KB
  Конфликт искусства и жизни в романах писательницы Ее философскопсихол. Чаще всего ее романы связаны с событиями частной семейной жизни. По ее мнению роман должен повествовать о сложной нравственности жизни человека о загадочности человеческого индивидуальности о том что человек это необыкновенная ценность она выступила против романа мифа романапритчи и связала роман с философией. В романе 70х : Человек случайности Черный принц Священная и земная любовь на первый план выдвигается философская проблема случайности в жизни...
34516. Игра в сюжетном развитии и повествовательной организации произведений Д. Фаулза 19.88 KB
  До конца 1960х вышли в свет два романа писателя Волхв и роман Женщина французского лейтенанта. При этом Фаулз достигает эффекта максимального присутствия предлагая в конце романа читателю сделать выбор вместе с его героем уподобиться осторожному обывателю или рискнуть обрести свое я в извечном конфликте долга и чувства. деконструирует сам тип викторианского романа. Но задача Фаулза не в том чтобы занять читателя интеллектуальной игрой по разгадке аллюзий а в деконструировании или деконструкции согласно терминологии...
34517. Творчество У. Эко и постмодернизм 18.02 KB
  Эко и постмодернизм. Много сделал Экоученый для осмысления таких явлений как постмодернизм и массовая культура. Постмодернизм согласно Эко не столько явление имеющее строго фиксированные хронологические рамки а скорее определенное духовное состояние особого рода игра участие в которой возможно и в том случае если участник не воспринимает постмодернистскую иронию интерпретируя предложенный текст сугубо серьезно. По мнению Эко высокая и массовая эстетики в постмодернизме сближаются.
34518. Тема строительства нового общества в литературе ГДР 19.54 KB
  Эти предпосылки были полностью реализованы на территории будущей ГДР. Образование ГДР было закономерным итогом антифашистскодемократического переворота ответом прогрессивных сил немецкого народа на раскол Германии западными державами и западногерманской реакцией. С возникновением ГДР в ней наряду с укреплением антифашистскодемократического порядка начался процесс создания основ социализма.
34519. Духовно-нравственная проблематика и ее художетсвенное воплощение в произведениях писателей ГДР 17.54 KB
  1900; роман Мёртвые остаются молодыми 1949 повесть Человек и его имя 1952 Л. Бределя 190164; романыСыновья 1949 Внуки 1953 Г. Мархвицы 18901965; роман Возвращение Кумяков 1952 в поэзии Э. 1912; роман Чудодей 1957 Б.
34520. Тема неопределенного прошлого в произведениях западногерманских писателей (Г. Белль, Г. Грасс) 22.83 KB
  Грасс Генрих Бёлль 19171985 Входил в Группа 47 объединение писателей не желавш.Тематика: Тема Бунтарства в романе описана в образе причастности к фашистскому движению причастие буйвола большинство окружения Генриха Фемеля прильнули к этим течениям он оставался равнодушным однако еще в юным дал обет не принимать их сторону. А помощница Генриха напротив хотела сбежать от опостылевшей ей правильности и вежливости хозяина. Тема порядка: Фемель был как часы как слаженный механизм он делал все с немецкой дотошностью и...
34521. Мотив клоунады в произведениях писателей ФРГ 17.7 KB
  Широкая известность почти молниеносно распространившаяся за пределами Германии пришла к Грассу с его первым романом Жестяной барабан 1959 и укрепилась после повести Кошкимышки 1961 и романа Собачья жизнь 1963 составивших своеобразный эпический триптих об истории Германии XX в. истории грассовского поколения немцев. Как и Бёлль Грасс отчетливо ощущает роковую преемственность в этой истории неслучайность историческую обусловленность прихода фашистского варварства. И все же творчество Грасса принципиально новый этап в...