 |
Результаты измерения высоты рельефа объекта
|
|
|
|
Результаты измерения высоты рельефа объекта
| Номер ступеньки, i1 | N2 | N3 | 
| N2i | N1i | 
| 
| ∆ h=0, 1λ /2 | |
11. Перемещая перекрестие винтового окуляр микрометра определите величину искривления интерференционной полосы на каждой ступеньке рельефа 
(i- номер ступеньки)
12. Вычислить высоту ступенек 
Результаты записать в табл. 7. 1.
13. Принимая погрешность ∆ h2/h1=0, 1 вычислите погрешность измерения ступеньки как ∆ h=0, 1λ /2
14. Установить любой из светофильтров (расположены перед апертурной диафрагмой) и сравните интерференционные картины объекта при белом и монохроматическом свете.
7. 4. 2. Определение толщины тонких пленок
1. Отметить в журнале цвет элементов структуры (окисла кремния). Определить толщину слоев окисла согласно табл. П2 приложения. Записать результаты в табл. 7. 3.
Таблица 7. 3
Результаты определения толщины слоев окисла по цвету
| №элемента | Толщина слоя, мкм |
2. Сравнить результаты с результатами интерференционных измерений.
3. Убрать объекты на место, выключите микроскоп (сначала выключите осветитель, затем выньте шнур питания из сетевой розетки). Накройте микроскоп защитным чехлом.
4. Предъявить результаты преподавателю и получите его подпись в журнале лабораторных работ.
Лабораторная работа 8
ПРИМЕНЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ В ФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
Цель работы - изучение явления люминесценции, принципа действия люминесцентного микроскопа МБИ- 15, исследование физических объектов методами люминесценции.
8. 1. Краткие теоретические сведения
2.
3.
|
|
|
4.
5.
6.
7.
8.
8. 1.
8. 1. 1. Люминесценция, её классификация и основные закономерности
Явления люминесценции изучаются в разделе физической оптики и спектроскопии и отражают квантовые представления на природу света и вещества. Изучение люминесцентных свойств вещества нередко дает возможность добывать о нем ценнейшую информацию, которую в ряде случаев не удается получить никакими другими способами. Это делает люминесцентные методы весьма эффективными при исследовании самых различных физических, химических и биологических процессов
Люминесценция возникает в результате поглощения веществом энергии возбуждения и перехода его частиц из нормального в возбужденное электронное состояние. При их возвращении из возбужденного состояния в нормальное избыток энергии может излучаться в виде квантов света. Возбуждение может осуществляться как за счет тепловой, так и за счет других видов энергии. Люминесценция (холодное свечение) — излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела при данной температуре и имеющее длительность, значительно превышающую период световых волн. Период световых волн составляет 10-15с, а длительность люминесценции как минимум - 10-10 c.
Классификация явлений люминесценции
По типу возбуждения различают:
Катодолюминесценцию (возбуждение пучком электронов);
электролюминесценцию (возбуждение электрическим полем);
фотолюминесценцию (возбуждение светом);
хемилюминесценцию (возбуждение при химических реакциях) и др.
По длительности люминесценции, различают: флуоресценцию, (короткое свечение) и фосфоресценцию (длительное свечение). Четкой границы между ними указать нельзя.
По характеристике механизма элементарных процессов:
Переход атома из возбужденного состояния может носить самопроизвольный (спонтанный) и индуцированный характер (рис. 8. 1). Излучение, которое при этом возникает, соответственно называется спонтанным и индуцированным. При самопроизвольном переходе атома из возбужденного состояния в основное процесс носит случайный характер, т. е. случайны и время перехода, и направление излучения фотона.
|
|
|
Индуцированное (вынужденное) излучение происходит в том случае, когда в системе возбужденных атомов больше числа атомов в основном состоянии.
В таком случае энергия внешнего фотона приводит к вынужденному переходу электрона на нижний энергетический уровень, который для данного электрона будет основным. При таком переходе образуется 2 фотона. При этом фотон, который появился вследствие индуцированного перехода, является точной копией фотона, инициировавшего переход атома из возбужденного состояния в основное. Он имеет ту же энергию и то же направление, что и вторичный фотон.
Спонтанная люминесценция по сдвигу спектра люминесценции по отношению к длине волны возбуждающего света делится на резонансную и не резонансную (стоксовскую и антистоксовую)
• Резонансная люминесценция. Излучение происходит с того же энергетического уровня, которые достигаются при поглощении энергии возбуждающего света. Длина волны излучения совпадает с длиной волны возбуждения λ = λ 0. Этот вид свечения часто относят не к люминесценции, а к резонансному рассеянию.
• При стоксовской люминесценции длина волны люминесцентного излучения всегда больше, чем длина волны света, который вызвал люминесценцию, т. к. часть энергии тратится на безыслучательные процессы. 
• Иногда возникает антистоксовская люминесценция, при которой λ < λ 0. Это происходит если внешний квант поглощается уже возбужденной молекулой
К спонтанной также можно отнести рекомбинационную люминесценцию, которая возникает в результате воссоединения частиц, разделившихся при поглощении возбуждающей энергии (например, электронов и дырок в полупроводниках).
Рис. 8. 1. Электронные переходы при спонтанном излучении (а), возбуждении(б) и вынужденном излучении (в)
8. 1. 2. Люминесцентная микроскопия
Люминесцентная микроскопия - метод наблюдения под микроскопом люминесцентного свечения микрообъектов при освещении их сине-фиолетовым светом или ультрафиолетовыми лучами. Чаще всего для возбуждения фотолюминесценции используют источники ультрафиолетового (УФ) излучения, так как чем выше частота возбуждающего света, тем больше вероятность возбуждения. В микроскопах в качестве такого источника применяют ртутные лампы. Принципиальная оптическая схема люминесцентного микроскопа приведена на рис. 8. 2. Свет от источника проходит через два фильтра. УФ часть спектра выделяется с помощью светофильтра 1 и через светоделительную пластину попадает на объект. Под действием ультрафиолета в объекте может возбуждаться излучение в видимой части спектра, которое через светоделительную пластину, зеркало, запирающий светофильтр 2 направляется в окуляр. Светофильтр из потока лучей, идущих от изучаемого объекта, в окуляр пропускает, только длинноволновое свечение, обнаруживаемое глазом, и одновременно защищает глаз наблюдателя от возбуждающих лучей.
|
|
|
| Объектив |
| Объект |
| Лампа |
| Светофильтр 1 |
| Зеркало |
| Светоделительная пластина здесь не было надписи |
| Светофильтр 2 |
| Окуляр |
| Рис. 8. 2. Принципиальная оптическая схема люминесцентного микроскопа |
8. 2. Объекты исследований
Образец №1- фрагмент люминесцентного экрана
Образец №2 – кристалл интегрального датчика давления. На кристалле методами интегральной технологии изготовлена резистивная мостовая схема. Диффузионные резисторы соединены в мостовую схему с помощью алюминиевых токоведущих элементов на поверхности кристалла. С обратной стороны кристалла вытравлена часть кремния, в результате чего образована тонкая мембрана, подвергаемая исследуемому давлению. В результате тензорезистивного эффекта изменяется выходное напряжение
Образцы №3- различные виды материалов
Образцы №4 – биологические объекты (фрагменты листьев)
Образцы №5 – купюры различных достоинств и государств. Знаки защиты на купюрах флуоресцируют в ультрафиолетовом свете. На основе этого свойства и основаны приборы для проверки подлинности денежных купюр
|
|
|
Образец №6 - природные минералы. Некоторые природные минералы содержат в своем составе вещества, люминесцирующие под действием ультрафиолета, что позволяет в ряде случаев идентифицировать их.
8. 3. Оборудование
В качестве оборудования в работе используются:
Микроскоп люминесцентный МБИ-15,
Миниатюрный люминесцентный источник света (фонарик).
На рис. 8. 3 показан внешний вид микроскопа с указанием основных органов управления.
| Рукоятка метода исследования |
| Рукоятки фокусировки |
| Рукоятки режима освещения |
| Переключатель увеличения насадки |
| Рис. 8. 3. Внешний вид микроскопа МБИ-15 |
| осветитель |
| Запирающие светофильтры |
| Револьверная головка с объективами |
| Предметный столик |
Микроскоп закреплен на столе с двумя тумбами. Ртутная лампа крепится на контактах осветителя. Включение лампы производится через два блока питания. Блок, расположенный справа обеспечивает напряжение необходимое для зажигания лампы. Блок, расположенный слева от микроскопа, позволяет регулировать ток через лампу.
Переключение режимов освещения позволяет реализовать режимы проходящего, отраженного света и режим люминесценции. В тубусе размещен револьверный диск с запирающими светофильтрами.
В микроскопе имеется насадка АУ-26 для дополнительного увеличения (сменные увеличения 2, 5х; 1, 6х и 1, 1х) Установка требуемого увеличения насадки производится вращением диска за накатанную часть.
8. 4. Порядок выполнения работы
|
|
|
