Дисциплина: Физические основы оптоэлектроники

Лабораторная работа № 7.2

Измерение коэффициентов отражения и пропускания с помощью спектрофотометра СФ-18.

Количество часов на выполнение – 2 часа.

1. ОБОРУДОВАНИЕ:

1. Спектрофотометр СФ-10 (СФ-18) с набором принадлежностей.

2. Светофильтры №1 и №2 и их эталонные спектральные характеристики.

3. Прозрачная пленка ZnO на стеклянной подложке для определения толщины пленки по интерференционным экстремумам на спектральных зависимостях.

4. Полупроводниковая пленка PbS для определения коэффициента поглощения.

5. Интерференционные светофильтры.

2. ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1. Научиться работать со спектрофотометром СФ-10 (СФ-18).

2. Научиться проводить измерения спектральных зависимостей коэффициентов отражения и прозрачности.

3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

3.1. Описание спектрофотометра СФ-18

3.1.1. НАЗНАЧЕНИЕ

Спектрофотометр СФ-18 предназначается для измерения коэффициентов пропускания и оптической плотности прозрачных твердых и жидких веществ в видимой области спектра.

Измерения можно производить как по всему спектру, так и на фиксированной длине волны.

Конструкция спектрофотометра обеспечивает возможность измерения коэффициентов пропускания, оптической плотности и коэффициентов отражения светорассеивающих веществ относительным методом и методом Тейлора.

3.1.2. Технические данные

Спектральный диапазон, нм	от 400 до 750
Монохроматор — призменный, двойной.
Относительное отверстие	1:7
Дисперсия, нанометры на миллиметр
при длине волны 400 нм	1,6
при длине волны 500 нм	4,0
при длине волны 600 нм	7,8
при длине волны 750 нм	16,5

Выделяемый спектральный интервал указан в табл. 1.

Таблица 1

Диапазон длин волн нм	Спектральный интервал
	при положении «1» щели	при положении «2» щели
400 — 450	1,5	2,5
450 — 600	0,6	1,2
600 — 700	0,8	1,0
700 — 750	1,4	2,8

Другие данные:

Скорости развертки спектра, нм/мин.	10, 30, 90, 270
Линейные скорости перемещения бланка, мм/мин	10, 30, 90, 270
Пределы измерения:
коэффициента пропускания, %	1 —100; 0—10;
	0—20; 75—125; 90—110
оптической плотности	0—2; 0—1; 1—2;
	минус 0,1—0,1; минус 0,2—0,8
Источник излучения	проекционная лампа К17-170 (170 Вт).
Приемник энергии	мультищелочной фотоэлемент Ф-10.
Потребляемая мощность, Вт	250
Напряжение питания, В	220±22
Габаритные размеры, мм	1100x950х430
Масса, кг	200

3.1.3. Устройство и работа спектрофотометра

3.1.3.1. Принцип действия

Принцип действия спектрофотометра основан на нулевом методе и заключается в следующем. Монохроматический пучок света делится призмой Рошона на два плоскополяризованных пучка. Один пучок диафрагмируется, другой проходит через призму Волластона и снова делится на два пучка, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Так как на призму Волластона падает плоскополяризованный пучок света, интенсивность пучков света за призмой Волластона определяется угловым положением относительно нее призмы Рошона.

Далее пучки поочередно перекрываются вращающимся модулятором таким образом, что интенсивность света в каждом пучке изменяется по трапецеидальной форме, и началу открытия одного пучка соответствует начало закрытия другого. Конструкция модулятора и скорость его вращения выбраны таким образом, что световой поток прерывается с частотой 50 Гц.

Свет, прошедший через контрольный и измеряемый образцы, попадает в интегрирующий шар и после многократного отражения от его стенок освещает фотоэлемент.

Освещенность фотоэлемента в каждый момент времени определяется суммой световых потоков, прошедших через контрольный и измеряемый образцы. Если световые потоки равны, освещенность фотоэлемента будет постоянна в любой момент времени, и переменный сигнал на входе усилительной системы будет отсутствовать. При наличии поглощения в измеряемом образце суммарный световой поток на фотоэлементе будет изменяться с частотой 50 Гц и на нагрузке фотоэлемента появится переменное напряжение сигнала той же частоты. Это напряжение усиливается усилителем и подается на обмотку управления электродвигателя отработки, который с помощью фотометрического кулачка поворачивает призму Рошона до тех пор, пока не исчезнет разность световых потоков, вызывающая электрический сигнал на входе усилителя.

Одновременно с поворотом призмы происходит перемещение пера, фиксирующего на бланке пропускание или оптическую плотность образца.

Изменение длины волны света, выходящего из монохроматора, производится путем перемещения вдоль спектра средней щели спектрофотометра электродвигателем развертки спектра; одновременно с этим поворачивается барабан записывающего устройства. Таким образом, на бланке, закрепленном на барабане, записывается кривая зависимости коэффициента пропускания или оптической плотности образца от длины волны.

При работе на фиксированной длине волны происходит поворот барабана записывающего устройства без перемещения средней щели спектрофотометра, при этом на бланке записывается кривая изменения коэффициента пропускания или оптической плотности образца во времени.