Порядок выполнения работы
1
.
Включить полупроводниковый лазер.
Вращением юстировочных винтов направить
луч лазера по центру отверстия в экране.
2. Установить микрообъектив в магнитной оправе с обратной стороны экрана и подвижками его в поперечных направлениях добиться наиболее полного освещения интерференционного объекта.
3. Небольшим поворотом винтов 6 (см. рис.2) отрегулировать толщину зазора между стеклянными пластиками в объекте.
ВНИМАНИЕ! Категорически запрещается затягивать винты, т.к. это может привести к появлению сколов на пластинках. Вращение винта должно быть плавным без дополнительных усилий в конечном положении. Для появления клиновидного зазора следует ослабить 1 или 2 винта.
Интерференционную картину можно предварительно визуально наблюдать в отраженном (под углом 45-60°) или проходящем свете от настольной лампы или иного светильника (см. рис. 5а). Более точную регулировку следует проводить в лазерном пучке, добиваясь получения прямых линий, как показано на рис. 5б, 5в.
а) б)
Для ориентации полос вдоль линий шкалы масштабной сетки следует повернуть оправу с объектом вокруг оптической оси до нужного положения.
4. Измерить координаты максимумов интерференционных полос не менее трех соседних порядков. Координаты следует измерять с точностью не менее ± 1 мм. Полученные данные занести в таблицу 1.
Таблица 1
-
М
Линейные координаты полос (мм)
Х1
Х2
Х3
5. Для
каждой пары полос вычислить период
полос
и усреднить результаты. Полученное
среднее значение использовать для
расчета угла воздушного клина по формулам
(5) и (6).
Рис.6.
Габаритный чертеж РМС 2.
Расстояние от объекта до основного экрана L = 484 мм, расстояние от основного экрана (или зеркала, устанавливаемого в его позицию) до экрана с отверстием – 584 мм. Расстояние между соседними пазами в основании – 100 мм.
Лабораторная работа №5
PMC 5. Исследование спектров поглощения и пропускания
Цель работы – исследование спектральных характеристик абсорбционных светофильтров на основе цветного стекла
Общие положения
Абсорбция света
Поглощением (абсорбцией) света называется явление потери энергии световой волны при прохождении её через вещество вследствие возбуждения колебаний электронов среды. Эта энергия частично переходит во внутреннюю или в энергию вторичного излучения.
Поглощение света в веществе подчиняется закону Бугера-Ламберта:
, (1)
где I, I0 – интенсивность плоской монохроматической волны падающего и прошедшего через слой вещества излучения соответственно, α – линейный коэффициент поглощения (показатель поглощения) света веществом , зависящий от длины волны λ (или частоты ) света, химической природы и состояния вещества и независящий от интенсивности света, l – толщина поглощающего слоя.
Коэффициент α различается для разных веществ. Для одноатомных газов и паров металлов, где атомы расположены на значительных расстояниях друг от друга, α →0 и только в узких спектральных областях (10–12 – 10–11 м) наблюдаются резкие максимумы (линейчатый спектр поглощения). Эти области резкой абсорбции атомов соответствуют частотам собственных колебаний электронов внутри атомов.
Колебания атомов в молекулах расширяют спектр поглощения, образуя полосы поглощения (около 10–10 – 10–7 м).
Коэффициент поглощения для диэлектриков невелик (порядка 10–3 – 10–7 м) из-за отсутствия свободных электронов, однако в условиях резонанса при вынужденных колебаниях электронов в атомах и атомов в молекулах возникает сплошной спектр поглощения.
Для металлов значение α велико (103 – 105 см–1), так как из-за существования свободных электронов световая энергия быстро переходит во внутреннюю.
Коэффициент поглощения α зависит от длины волны, поэтому поглощающие вещества окрашены. Например, стекло, слабо поглощающее красные лучи и сильно поглощающее синие и зеленые лучи, при освещении белым светом будет казаться красным, а при освещении синим и зеленым светом – черным из-за сильного поглощения. Это явление используется в светофильтрах, которые в зависимости от химического состава пропускают свет только определённых длин волн. Таким образом, чем больше α для данной длины волны, тем отчетливее обнаружится ослабление соответствующих участков спектра поглощения.
Спектральные характеристики стекол
Спектральная характеристика стекол характеризуется численными значениями показателя поглощения kλ или оптической плотности Dλ для различных длин волн и спектральными кривыми коэффициента пропускания τλ, оптической плотности Dλ и логарифма оптической плотности lg Dλ.
Показатель поглощения стекла для света длиной волны λ определяется из выражения
, (3)
где τλ – коэффициент пропускания стекла толщиной l (мм) для монохроматического света длиной волны λ.
Оптическая плотность массы стекла для монохроматического света длиной волны Dλ связана с показателем поглощения kλ и коэффициентом пропускания τλ следующим соотношением:
, (4)
При расчете оптической плотности светофильтра необходимо учитывать, кроме поглощения света, потери на отражение от двух поверхностей стекла и вводить соответствующую поправку.
Коэффициент пропускания τλ светофильтра толщиной l (мм) при перпендикулярном падении монохроматического света данной длин волны равен:
. (5)
где ρ – коэффициент отражения.
Оптическая плотность Dλ светофильтра для данной длины волны равна:
. (6)
где Dρ – поправка на oтражение света от двух поверхностей стекла.
Поправка на отражение определяется из выражения
, (7)
где коэффициент отражения ρ определяется по формуле Френеля:
. (8)
Обычно коэффициент отражения ρ условно принимается за постоянную для стекла каждой марки величину, зависящую только от показателя преломления этого стекла в видимой области спектра nD. Фактически показатель преломления непостоянен и зависит от длины волны проходящего света. Наиболее значительно показатель преломления отличается от nD в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Это вносит погрешность в определении коэффициента отражения и поправки на отражение от поверхностей стекла. Наибольшей эта погрешность будет в тех случаях, когда рабочая область светофильтра находится за пределами видимого спектра, а величина показателя поглощения мала, т.е. сравнима с величиной коэффициента отражения.