Определение относительного коэффициента пропускания светофильтров

Лабораторная работа № 31

 

 

1. Цель работы: закрепление теоретических знаний по теме 4.5. “Взаимодействие электромагнитных волн с веществом”

приобретение практических навыков

изучение методики расчетов

 

2. Порядок подготовки к выполнению работы изучить тему и материал лабораторной работы

 

 

3. Порядок выполнения лабораторной работы

 

4. Подведение итогов выполнения работы

предъявить результаты, подготовка и оформление отчета, заполнить таблички, произвести обработку результатов измерений

 

5. техника безопасности при выполнении лабораторной работы

 

Оборудование: полупроводниковый лазер, набор светофильтров, фотодиод, микроамперметр, нейтральный ослабитель облучения (темное стекло).

Цель лабораторной работы состоит в том, чтобы определить коэффициент пропускания красного лазерного луча через различные светофильтры.

Для тонких слоев вещества и не слишком мощных потоков излучения справедлив закон Ламберта - Бугера - Бэра

I = I₀e ^-αx

I₀ – падающая интенсивность, ;

I- прошедшая интенсивность; x- толщина слоя, м; α –коэффициент ослабления, м ^-1.Величина α зависит от рода поглощающего вещества и от длины волны.

 

При падения излучения на тело оно поглощается поверхностью. Поглотительная способность . Но излучение может проникать вглубь вещества. Тогда поглотительная способность (или ). Этим отличаются по поглощению оптические(СВЧ, ИК, ВЦ, УФ) и ионизирующие(рентген, γ лучи)излучения. Но это деление не абсолютное. Оптическое излучение также может проникать в вещество и поглощаться в его объёме.

При прохождении электромагнитной волны через вещество часть волны затрачивается на возбуждение колебаний электронов. Частично эта энергия вновь переходит в излучение в виде вторичных волн, излученных ускоренно движущимися электронами.. Частично же она переходит в энергию хаотического движения атомов, т.е. во внутреннюю энергию тока. Поэтому при прохождении волн через вещество её интенсивность уменьшается – излучение поглощается и рассеивается. В каждом конкретном случае преобладает тот или иной процесс, т.е. поглощение или рассеивание, иногда они проявляются совместно.

Вынужденные колебания электронов под действием падения излечения, а следовательно и поглощение излучения становятся особенно интенсивными при частоте волн близко к резонансной для колебаний внешних электронов в атоме.

Колеблющиеся электроны возбуждают вторичные волны, распространяющиеся по всем направлениям. Это явление, казалось бы, при любых условиях должно приводить к рассеиванию излучения. Однако вторичные волны являются когерентными и при взаимной интерференции порождают отображенную и преломленную волну в соответствии с законами зеркального отображения и преломления. Неоднородности среды нарушают когерентность вторичных волн. Преобладающим становится явление дифракции падающего излучения и мы наблюю даем довольно равномерное распределение интенсивности волн по всем направлениям. Это и есть рассеяние.

Характер зависимости коэффициента поглощения λ данного вещества от длинны волны позволяет сделать выводы о характере взаимодействия атомов(или молекул).Например, если атомы или молекулы вещества не взаимодействуют друг с другом (газы и пары металлов при низких давлениях), то коэффициент поглощения для широких диапазона длин волны близок к нулю и лишь для очень узких спектральных областей (шириной в несколько сотых долей ангстрема) обнаруживает резкие максимумы. Эти максимумы соответствуют резонансным частотам колебаний электронов внутри атома. Поскольку массы атомов более чем в 2 тысячи раз превосходит массы электронов, то молекулярные резонансные частоты намного меньше атомных, и если атом поглощает в видимом диапазоне, то молекула из этих атомов – в инфракрасном.

Газы при высоких давлениях, жидкости и твердые тела имеют широкие полосы поглощения, т.к. взаимодействия между их атомами и молекулами существенны. Для стекла λ ~ . Это соответствует затуханию

= 10 дБ / м (10⁴ дБ/км)

Для хороших хороших(оптических) этот показатель в 10 раз меньше. При разработке стекол (кварцевых) волоконнооптических линий связи за счёт удаления гидроксида ОН¯ из стекла затухание уменьшится до 0,1 дБ/км. Для отдельных сортов стекол затухание удается снизить до 0,01 дБ/км на длине волны передаваемого сигнала (излучение полупроводникового лазера).

Металлы содержат много свободных электронов (концентрация порядка числа Авогадро на моль). Электроны практически безынерционны и электрическое поле падающей на металл волны легко приводит их в движение. Резонансное поглощение отсутствует, и тем не менее волна поглощается на глубине нескольких атомарных слоев кристаллической решетки полностью. Энергия волны, за вычетом отраженной, переходит в джоулевое тепло.

 

 

Берем обычную стеклянную пластинку толщины h, и пропускаем через нее луч лазера, нацеливая его на фотодиод. Отмечаем величину тока в цепи фотодиода I_l. Вместо прозрачной пластинки ставим желтый светофильтр ЖС-17 толщиной h₂. Затем ставим другие имеющиеся цветные стекла и светофильтры.

Составляем таблицу.

Цвет фильтра	Толщина	Фототок	αi/α1

 

Имеет α₁x₁ = ln ; α₂x_{2 =} ln …

 

Отсюда

 

и т.д.

Делаем выводы о пропускании красного луча через различные светофильтры.

 

Контрольные вопросы

1.Учтено ли явление рассеяния света в данном эксперименте.

2.Зависит ли коэффициент поглощения поляризации излучения.

3.Что такое интенсивность излучения.

4.Является ли ток в цепи светодиода зависящим от спектра падающего на него излучения?

5.Как влияет угол падения света на светофильтр, на ток фотодиода?

6.Постройте ход лучей через светофильтр при наклонном падении. Как влияет угол падения на оптическую (геометрическую) длину пути луча в светофильтре при малых углах падения.

 

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: