37752

Исследование интерференционного светофильтра

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Зеркала полупрозрачны так что часть света отражается от них R – коэффициент отражения часть поглощается А – коэффициент поглощения а часть проходит Т – коэффициент пропускания. Основные характеристики ИФ: mx – длина волны в максимального пропускания Tmx – максимальный коэффициент пропускания Tmin – минимальный коэффициент пропускания 05 – спектральная полуширина – ширина полосы на уровне 05Tmx 2 – угловая ширина светового пучка К – контраст – отношение максимального и минимального коэффициетов пропускания Т R А = 1 – для...

Русский

2013-09-25

402 KB

32 чел.

Санкт-Петербургский Государственный Университет Информационных Технологий, Механики и Оптики

Кафедра: физической оптики и спектроскопии

Лабораторная работа №10

Исследование интерференционного светофильтра

Студентка: Шатилова К.В.

Группа: 2222

Преподаватель: Красавцев В. М.


Цель работы:
научиться определять основные характеристики интерференционного светофильтра и практически применять его в работе.

Теоретическая часть:

Принцип работы интерферометра Фабри-Перо.

S1, S2 – стеклянные пластины, несущие зеркала

n-показатель преломления промежуточного слоя

h-расстояние между пластинами

j-угол падения излучения

L - линза

Э – экран

Действие интерференционного светофильтра Фабри-Перо основано на многолучевой интерференции.

Воздушный (в л/р: диэлектрик MgF2) промежуток толщиной h ограничен стеклянными пластинами (S1, S2), несущими зеркала (в л/р: высокоотражающие металлические покрытия Ag). Зеркала полупрозрачны, так что часть света отражается от них (R – коэффициент отражения), часть поглощается (А – коэффициент поглощения), а часть проходит (Т – коэффициент пропускания).

В интерферометре Фабри-Перо за эталоном (системой параллельных пластин) располагается линза, которая строит изображение источника на поверхности экрана. Если на пластину эталона падает свет под всевозможными углами к ее плоскости, то на выходе создаются кольца равного наклона.

Основные характеристики ИФ:

max – длина волны в максимального пропускания

Tmax – максимальный коэффициент пропускания

Tmin – минимальный коэффициент пропускания

0,5 – спектральная полуширина – ширина полосы на уровне 0,5Tmax

2 – угловая ширина светового пучка

К – контраст – отношение максимального и минимального коэффициетов пропускания

Т + R + А = 1 – для зеркал    

R – коэффициент отражения, А – коэффициент поглощения, Т – коэффициент пропускания.

Для слоя между пластинами, примем пропускание Т1. Коэффициент пропускания ИФ:

Т = I/I0 = T2T1/((1-T1R)2 + 4T1Rsin2(/2)) I = I0T2T1/((1-T1R)2 + 4T1Rsin2(/2))

где  I и I0 – интенсивность прошедшего и падающего излучения.

       – разность фаз между интерферируемыми лучами

Основные параметры ИФ:

Максимальное пропускание:

При /2 = m, m = 1, 2, 3 …  sin2(/2) = 0

Tmax = T2T1/(1-T1R)2

Пусть T1 = 1 и Т + R + А = 1 1 – R = A + T Tmax = T2/(A + T)2 = 1/(1 + A/T) 2

Минимальное пропускание:

/2 = (2m+1) 

Tmax = T2/(1+R)2


Положение максимумов:

max = 2hn cosj2/(m - /),

где 2hn cosj2 = – разность хода; h – толщина; n – показатель преломления               промежуточного слоя; j2 –угол преломления

     m – порядок интерференционного максимума

      – скачек фазы при отражении

Ширина полосы пропускания:

0,5 – ширина полосы на уровне 0,5Tmax 

Полуширина 0,5 – функция коэффициента отражения:

0,5 = 2max /mF, где F = 2R/(1 - R) – фактор резкости

Схема установки:

1 – стабилизатор напряжения

2 – трансформатор

3 – источник сплошного спектра (лампа К-10)

4 – конденсор

5 – поляризатор

6 – интерференционный светофильтр

7 – угломерное устройство

8 – конденсор

9 – монохроматор

10 – фотоприемник

11 – регистрирующее устройство


Таблицы измерений и расчеты:

Коэффициент пропускания ИФ рассчитывается по формуле: T = n / n0 

Где n –прошедший поток излучения

                   n0 – падающий поток излучения

Таблица №1 (j=0о)   Таблица №2 (j=20о)    Таблица №3 (j=45о)

(нм)

n0

n

T

(нм)

n0

n

T

(нм)

n0

n

T

460

500

5

0,010

460

500

6

0,012

460

500

23

0,046

470

600

6

0,010

480

500

8

0,016

470

600

42

0,089

480

600

6

0,010

500

600

12

0,020

480

600

50

0,083

490

600

7

0,012

522

600

25

0,042

486

600

58

0,097

500

600

8

0,013

543

600

86

0,143

490

600

60

0,100

510

600

10

0,017

560

600

78

0,130

496

600

54

0,090

522

600

10

0,017

580

600

48

0,080

500

600

54

0,090

531

600

10

0,017

600

600

10

0,017

522

600

47

0,078

539

600

12

0,020

620

600

5

0,008

543

600

8

0,013

551

600

14

0,023

640

600

3

0,005

560

600

6

0,010

560

600

80

0,133

660

600

3

0,005

576

600

3

0,005

572

600

96

0,160

603

600

3

0,005

576

600

98

0,163

590

600

71

0,118

603

600

36

0,060

611

600

13

0,022

620

600

8

0,013

630

600

6

0,010

640

600

4

0,007

650

600

3

0,005

660

600

3

0,005

Используя результаты опытов, находим максимальный и минимальный коэффициенты пропускания ИФ и (при помощи графика) величину спектральной полуширины 0,5

  1.  при j=0о : Tmax = 0,163; Tmin=0,005; max= 576 нм; 0,5= 40 нм
  2.  при j=20о : Тmax = 0,143; Тmin=0,005; max= 543 нм; 0,5= 56 нм
  3.  при j=45о : Тmax = 0,100; Тmin=0,005; max= 490 нм; 0,5= 62 нм

Расчет погрешности: для j=0о

Т = n/n + n0/ n0 + 2

n = n0 = 5 делений; 2 = 7 %

Тmax = 5/98 + 5/600 + 0,07 = 0,051 + 0,008 + 0,07 = 0,129 = 13%


Вывод:
В ходе лабораторной работы исследовали основные характеристики интерференционного светофильтра. По результатам измерений и расчетов были построены графики зависимости коэффициентов пропускания от длины волны при различных углах падения света на светофильтр.

Длина волны максимального пропускания задается формулой:

max =2hn cosj2/(m - /), где j2 –угол преломления, который увеличивается с увеличением угла падения излучения, с увеличением угла его косинус уменьшается, а значит и длина волны должна уменьшаться.

При помощи графиков можно пронаблюдать смещение максимумов: при повороте ИФ на 20о, max  смещается на 33 нм; при повороте на 45о – на 86 нм. Это подтверждает зависимость спектропропускания фильтра от  угла падения излучения: с увеличением угла падения (относительно нормали),  длина волны максимального пропускания действительно уменьшается, а ширина полосы пропускания на уровне 0,5Tmax увеличивается.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22802. Походження Русі 28 KB
  Основними ознаками будьякої середньовічної держави в тому числі Київської Русі були: розміщення населення не за національним у той період за племінним принципом а за територіальним поява влади не пов'язаної з волевиявленням народу збирання данини для утримання цієї влади династичний спадковий характер влади вождя.
22803. Основні етапи розвитку Києворуської держави 29 KB
  До часів правління Аскольда вчені відносять і першу спробу введення християнства як офіційної релігії у Київській Русі. Володимир починає своє правління посадовивши синів і старших дружинників у містах Русі. У період правління Ярослава Мудрого розширюються кордони Київської Русі: від Чорного моря і пониззя Дунаю на півдні аж до Фінської затоки на півночі від Закарпаття на заході до верхів'їв Волги та Дону на сході. в Київській Русі встановлюється форма правління яку називають тріумвіратом Ярославичів Ізяслава Святослава та Всеволода.
22804. Київська Русь періоду розквіту. Володимир Великий. Ярослав Мудрий 34.5 KB
  Володимир Великий. Ставши Великим князем київським Володимир багато зробив аби зміцнити державу встановити лад і порядок. За часів Володимира в загальних рисах завершилося формування держави. Видатний політик і адміністратор Володимир здійснив серію реформ.
22805. Зовнішня політика Київської Русі та ГВК 25 KB
  Зовнішня політика Київської Русі та ГВК Починаючи із заснування Київської Русі вона досить активно займалася зовнішньою політикою у різних напрямках: політичному економічному релігійному та культурному. перервало зв'язки північносхідних земель Русі з Європою. Для Київської Русі була характерна договірна торгівля значне місце посідав звичайний обмін товар на товар .Отже і в період існування Київської Русі і під час розвитку ГалицькоВолинського князівства зовнішня політика проводилася досить активно і різнобічно.
22806. Причини та наслідки занепаду ГВК 24 KB
  останнього правителя ГалицькоВолинської держави Юрія II була успадкована князями литовської династії Гедиміновичів. Так припинила своє існування ГалицькоВолинська держава. Роль ГалицькоВолинського князівства надзвичайно велика. ГалицькоВолинське князівство відкрило широкий шлях західноєвропейським культурним впливам на Україну зберігаючи при цьому кращі традиції української національної культури.
22807. Хмельниччина 125 KB
  Це час коли ряд блискучих перемог зрушив все українське суспільство мобілізував широку підтримку для Хмельницького і перетворив суто козацьке повстання на загальноукраїнський антипольський рух. 1648 Хмельницький на чолі невеликого загону реєстрових і запорізьких козаків напав на польську залогу на острові Базавлук на Дніпрі і знищив її. Це звільнило Запорізьку Січ від польського контролю притягнуло запорожців на бік Хмельницького обраного гетьманом. Не сподіваючись поважніших труднощів польські полководці Великий гетьман М.
22808. Руїна. Становище України в другій половині XVII ст. 24.5 KB
  Серед козацьких ватажків виникли гострі розходження щодо того чи лишатися Україні під Москвою чи ж шукати покровителів серед інших сусідніх держав. Чи стане Україна унікальним суспільством вільних козаківземлеробів як цього хотіли селяни й рядове козацтво чи ж козацька старшина просто займе місце шляхти відтак повернувши розхитаний суспільний устрій знаті що відповідало б типовим для доби моделям Серед українців ще десятиліттями по смерті Хмельницького точилися запеклі суперечки навколо цих питань.
22809. Наступ царату на автономію України. Остаточна ліквідація гетьманського правління 28.5 KB
  Наступ царату на автономію України.Політику Петра І щодо України продовжували самодержавні імператори Росії з більшою чи меншою жорстокістю і фанатичною впертістю.Певні позитивні зміни в політиці щодо України були можливими після того як російський престол перейшов до дочки Петра І Єлизавети.Розумовський добився того що зносинами Росії з Україною займалися не в Сенаті а в колегії закордонних справ під владу гетьмана було повернуто Київ і Запорожжя з України виведено російські військові підрозділи.
22810. Три поділи Речі Посполитої 70.5 KB
  Австрія та Пруссія перелякавшись що Росія зможе поступово прибрати до рук усю Річ Посполиту вирішили поділити її між собою. За таких обставин пропозиція прусського короля Фрідріха II у 1771 році про поділ польських земель знайшла сприятливий грунт. І 5 червня 1772 повноважні представники Прусії Австрії та Росії підписали в Петербурзі договір про поділ польських земель за яким відбирали на свою користь так звані санітарні смуги тобто території по периметру Речі Посполитої.