Коэффициенты поглощения для разных категорий оптического стекла

Категория
Коэффициент поглощения	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,5	3,0

Описание оборудования

Лабораторная установка состоит их следующих узлов:

• монохроматор МУМ-01,

• узел светодиодного излучателя,

• кюветное отделение,

• фотоприемный узел,

• блок обработки сигнала,

• мультиметр.

В узле излучателя установлен специальный светодиод белого света, излучающий в диапа­зоне 400–700 нм (распределение спектра излучения соответствует графикам сиг­нала u_0, приведенным в приложении). Узел излучателя закреплен непосредственно перед входной щелью монохроматора на его корпусе. За входной щелью установлен объектив, формирующий параллельный пучок, проходящий кюветное отделение и попадающий на фотодиод фотоприемного узла. Электрический сигнал, пропорциональный интенсивно­сти прошедшего излучения, регистрируется с помощью мультиметра. Для повышения соотно­шения сигнал/шум и устранения влияния постоянных засветок питание свето­диода осуществляется модулированным током частотой ~20 кГц, а сигнал с фотоприем­ника обрабатывается с помощью синхронного детектора.

В качестве объектов для исследования прилагаются светофильтры из цветного оптиче­ского стекла.

Оптическая схема монохроматора приведена на рисунке:

Рис. 3.29.2.

Принцип действия данного монохроматора основан на использовании в качестве фокуси­рующего диспергирующего элемента дифракционной решетки. Излучение от свето­диода 1 через конденсор 2 попадает на входную щель 3 и посредством зеркала 4 попа­дает на дифракционную решетку 5. Дифракционная решетка имеет переменный шаг нарезки и криволинейные штрихи, что даёт возможность значительно скомпенсировать расфокусировку и другие аберрации. Зеркало 6 позволяет направлять дифрагированное решеткой излучение на выходную щель 7 или 8.

Щели на выходе и входе монохроматора сменные, постоянной ширины. В настоящей ра­боте на входе и выходе монохроматора могут быть установлены щели шириной 0,5 или 1,0 мм.

Сканирование спектра осуществляется поворотом решетки 5 вокруг оси 0 на угол φ в пре­делах от φ₀= 6°54' до φ_κ= 28°44'. Это осуществляется с помощью системы зубчатых пере­дач, которая связана с ручкой на передней стенке прибора и механическим счетчиком, непосредственно отсчитывающим длины волн в диапазоне 200÷800 нм с точностью ±0,2 нм.

Исследуемый образец помещают в тубус с закрывающейся крышкой.

Порядок работы

1. Включите источник питания и вольтметр. Установите на мультиметре предел измерений 20 В.

2. Установите щели 0.25 мм перед источником и приемником излучения.

3. Подождите не менее 5 минут для стабилизации теплового режима приемника излучения.

4. Произведите калибровку оптической системы. Для этого следует при пустом ту­бусе кюветного отделения снять зависимость показаний мультиметра (U₀) от длины волны λ в диапазоне длин волн от 370 нм до 830 нм с шагом 20 нм. При необходимо­сти переключайте пределы измерения мультиметра (20В, 2В, 200мВ).

5. Поместите в тубус кюветного отделения поочередно красный, желтый, зеле­ный светофильтры и снять соответствующие зависимости показаний мультиметра (U₁) от λ для каждого светофильтра в том же диапазоне длин волн (длину волны рекомендуется устанавливать с тем же шагом, что и в п. 4).

6. Выключите источник питания и мультиметр.

• Если измеренное вольтметром напряжение составляют менее 0.1 В, рекомендуется установить щели 1мм или снять щель перед источником излучения. • При больших световых потоках возможна перегрузка приемника излучения. При этом включается красный мигающий индикатор перегрузки и раздается звуковой сигнал. В этом случае рекомендуется уменьшить мощность источника излучения, переведя переключатель на блоке обработки сигнала в положение 0. • Приемник излучения и блок обработки сигнала чувствительны к воздействию сильного переменного электромагнитного поля, поэтому не рекомендуется располагать РМС поблизости от радиопередающих устройств (в частности, мобильных телефонов) – это может вызвать ошибки в измерениях.

Обработка результатов

1. Постройте графики зависимости коэффициента пропускания светофильтра от длины волны излуче­ния Ι (λ):

T = U₁/ U₀ .

2. По виду спектральной характеристики определите типы фильтров.

– для полосовых фильтров определить основные параметры:

I_max/ I₀, λ_0, δλ, θ,

– для отрезающих фильтров определить λ_ο, К.

3. Сделайте соответствующие физические выводы, охарактеризуйте цвет фильтра по полученной для него спектральной характеристике.

В качестве дополнительного задания предлагается рассчитать и построить графики зависимости коэффициента поглощения и оптической плотности от длины волны. Для упрощения расчетов потери на отражение на входной и выходной гранях светофильтра предлагается принять равными ~3 % и не зависящими от длины волны. Толщину светофильтра принять равной 2 мм.

Контрольные вопросы

1. Что такое абсорбция света? Сформулируйте закон Бугера. Что такое коэффициент поглощения света?

2. Каковы характеристики фильтров оптического излучения?

3. Как устроен монохроматор?

4. Как производится калибровка монохроматора?

Литература

1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб пособие для втузов. – М: Высш. Шк., 1989. – 608 с.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2.Учеб. пособие для студентов втузов. – М.: КНОРУС, 2009, 576 с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособ. для вузов.- 15-е изд., стереотип. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. –560 с.

ПРИЛОЖНИЕ 1