Указания к выполнению работы
Лабораторная работа № 9
Спектрофотометрическое исследование абсорбционных светофильтров
Цель работы – научиться измерять характеристики абсорбционных светофильтров на спектрофотометрической установке по точкам. Научиться рассчитывать характеристики светофильтра, пользуясь каталогом цветного стекла.
Работа абсорбционных светофильтров основана на явлении ослабления излучения в результате его поглощения веществом фильтра. Наиболее распространёнными светофильтрами являются стеклянные, выполненные в виде плоскопараллельных пластинок из цветного стекла. Такие светофильтры широко используются в оптических приборах для срезания нежелательных областей спектра или осуществления предварительной монохроматизации излучения.
В соответствии с законом Бугера-Ламберта [1,2] для спектрального коэффициента пропускания светофильтра толщиной l можно написать:
, (1)
где и - падающий на светофильтр и прошедший через него потоки;
– коэффициент отражения света поверхностью стекла;
– спектральный коэффициент пропускания массы стекла;
– десятичный показатель поглощения;
– коэффициент, учитывающий потери на отражение на двух поверхностях стекла;
Наряду со спектральным коэффициентом пропускания светофильтр может характеризоваться оптической плотностью
, (2)
где Dl = kll – оптическая плотность массы стекла,
DR = –2lg(1–R) – поправка на отражение света от поверхностей светофильтра.
Задание
1. Измерить спектральный коэффициент пропускания двух светофильтров из цветного стекла марок 3C – 3 и 3C – 7 с широкой и узкими полосами пропускания в области длин волн 410 – 750 нм через 10 нм.
2. Рассчитать по полученным данным и построить кривую спектрального коэффициента пропускания стекла марки 3C – 7. Оценить ширины двух характерных для этого стекла полос пропускания (на уровне ). Произвести повторное измерение коэффициента пропускания в максимумах этих полос и минимуме между ними, обеспечивая выделение выходной щелью монохроматора спектрального интервала не более 0,2 от ширины полос.
3. Пользуясь данными каталога цветного стекла [3] , рассчитать для стекла марки ЗС – 7 коэффициент пропускания в указанных в п.2 трёх точках кривой спектрального пропускания. Принять толщину стекла l = 3 мм. Полученные данные сопоставить с экспериментальными.
4. Рассчитать по полученным данным и построить кривые спектрального коэффициента пропускания и оптической плотности для стекла марки ЗС – 3. По экспериментальным данным оценить значения kl в двух точках по спектру (значения и задаются преподавателем). Толщины стекла l = 2 мм. Сопоставить результат с данными каталога цветного стекла.
5. Оценить погрешность измерений коэффициента пропускания светофильтра для трех длин волн, указанных в п.2 задания.
Указания к выполнению работы
1. Собрать и отъюстировать спектрофотометрическую установку согласно схеме на рисунке 1.
2. В процессе измерений по п. 1 ширину входной и выходной щелей монохроматора устанавливать равными и такой величины, чтобы падающему потоку соответствовал отсчет по шкале отсчетного устройства не менее 100 делений. Вначале производятся измерения со стеклом 3С – 3. Отсчет по барабану в градусах, соответствующей выставляемой длине волны, берется из градуировочного графика монохроматора.
3. Измерения со стеклами марки 3С – 7 ведутся аналогично п. 1, но в области 500 – 600 мм они производятся через 5 мм. После обнаружения полос пропускания нужно установить точное
Рис. 1. Схема установки для измерения спектральных характеристик светофильтров
1 – стабилизатор напряжения. 2 – трансформатор. 3 – лампа накаливания. 4,5 – конденсоры. 6 – монохроматор. 7 – фотоэлемент. 8 – отсчетное устройство. 9,10 – исследуемый светофильтр.
положение их максимумов и минимума между ними и измерить соответствующие значения коэффициентов пропускания. При измерениях в минимуме нужно тщательно следить за положением нулевого отчета гальванометра.
4. Выделяемый выходной щелью спектральный интервал длин волн (спектральная ширина щели) вычисляются по формуле
, (3)
где b – ширина щели в мм, Dl - линейная дисперсии монохроматора выраженная в мм/нм (см. график линейной дисперсии монохроматора в области 500 ¸ 600 мм).
5. Все необходимые расчеты производятся в соответствии с выражениями (1) и (2) и данными каталога цветного стекла [3]. При расчетах принять для стекла DR = 0,04. Для ускорения расчетов целесообразно пользоваться таблицей, дающей связь Dl или и kl с величиной Tl [3] , стр. 7.
Литература
1. Прикладная физическая оптика Учебное пособие, СПб.: Политехника, 1995, стр. 192 – 495, 504.
2. Гуревич М.М. Фотометрия (теория, методы и приборы). – 2-е изд., – Л: Энергоатомиздат, 1983, стр. 49 – 52, 56 – 57.
3. Каталог цветного стекла. Изд-во “Машиностроение”, 1967, стр. 5, 7, 8, 32.
Вопросы для самопроверки
1. Поясните смысл закона Бугера – Ламберта – Бера.
2. Чем по Беру определяется величина kl ?
3. Как проявляется искажающее действие конечного значения монохроматора при измерениях спектрального коэффициента пропускания светофильтра ?
4. Чему равны коэффициенты пропускания, если величины плотности D = 0; 1,0; 2,0; 3,0 ?
5. О чем говорит название цветного стекла – ЗС, УФС ?