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

76417. Дифференциальные уравнения и передаточные функции 38.88 KB
  Введем понятие звена автоматической системы. При математическом описании системы удобно разбить систему на звенья и для каждого звена записать свое уравнение. Уравнение такого звена связывает две величины: x входная величина или воздействие и y выходная величина или реакция. Пусть момент времени t=0 выбран так что начальные условия на выходе звена являются нулевыми.
76418. Типовые сигналы 139.87 KB
  Дельтафункция является четной функцией между функцией Хэвисайда и Дирака существует связь выраженная соотношением: или На практике считается что на вход объекта подана функция функция если время действия прямоугольно го импульса намного меньше времени переходного процесса. Сдвинутые элементарные функции К этим функциям относятся функции Хевисайда и Дирака с запаздыванием т. и Рисунок 4 при этом Все...
76419. Типовые динамические звенья 34.53 KB
  Преобразуемая физическая величина поступающая на вход динамического звена называется входной х а преобразованная величина получаемая на выходе звена выходнойy. Статической характеристикой звена называется зависимость между его выходной и входной величинами в установившемся состоянии. Динамические свойства звена могут быть определены на основании дифференциального уравнения описывающего поведение звена в переходном режиме. Решение дифференциального уравнения дает возможность получить переходную или иначе временную характеристику...
76420. Минимально фазовые и не минимально фазовые звенья 21.74 KB
  Если в передаточной функции произвести замену то получаем называемое частотной характеристикой звена частотный коэффициент передачи звена. Общая фаза выходного сигнала звена будет складываться из частичных фаз определяемых каждым двучленом числителя и знаменателя. Если хотя бы один из корней звена расположен справа то такое звено не минимально фазовое звено.
76421. Интегрирующие и дифференцирующие динамические звенья и их характеристики 24.88 KB
  В этом случае для установившегося режима будет справедливым равенство откуда и произошло название этого типа звеньев. Такое звено является идеализацией реальных интегрирующих звеньев. Примерами идеальных интегрирующих звеньев могут служить операционный усилитель в режиме интегрирования гидравлический двигатель емкость и др. Дифференцирующие звенья В звеньях дифференцирующего типа линейной зависимостью связаны в установившемся режиме выходная величина и производная входной откуда и произошло название этого типа звеньев.
76422. Апериодическое звено 39.34 KB
  Временные характеристики Переходная функция: Весовая функция: Передаточная функция Передаточная функция апериодического звена 1го порядка получается путем применения к дифференциальному уравнению свойства дифференцирования оригинала преобразования Лапласа: . В целом считается что почти любой объект управления в первом приближении очень грубо можно описать апериодическим звеном 1го порядка.[1] Апериодическое звено второго порядка Уравнение апериодического звена 2го порядка имеет вид Передаточная функция апериодического звена 2го...
76423. Форсирующее звено первого порядка 30.34 KB
  Передаточную функцию форсирующего звена можно представить как сумму передаточных функций идеального дифференцирующего и пропорционального звена. Уравнение звена. ЛАЧХ и ЛФЧХ Асимптотическая ЛАЧХ форсирующего звена состоит из двух прямых. Пример ЛАЧХ и ЛФЧХ форсирующего звена для.
76424. Колебательное звено 120.05 KB
  Колебания будут затухать с течением времени т. В автоматических системах различают свободные и вынужденные колебания. Вынужденные колебания выходной величины звена возникают из-за колебаний воздействия например при синусоидальном воздействии. Колебания переходной функции колебательного звена – это свободные колебания: воздействие на звено не периодическое а колебания возникают из-за собственных колебательных свойств звена.
76425. Запаздывающее звено и его свойства 45.78 KB
  Переходную функцию звена получим решив уравнение. Переходная характеристика звена приведена на рисунке. – Переходная характеристика запаздывающего звена Импульсная переходная функция запаздывающего звена имеет вид: Импульсная переходная характеристика запаздывающего звена представлена...