лаба светофильтр / длина волны от угла1
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра фотоники |
||||||
ОТЧЁТ по лабораторной работе № 1 по дисциплине «Квантовая и оптическая электроника» Тема: Интерференционный светофильтр
|
||||||
|
||||||
Санкт-Петербург 2024 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ СВЕТОФИЛЬТР
ЦЕЛЬ: исследование спектральных характеристик интерференционных светофильтров и определение их основных параметров
СХЕМА УСТАНОВКИ
Исследование проходит следующим образом: блок питания на 12 вольт включается в сеть, к блоку питания подключается лампа, свет от лампы падает на коллиматор, с помощью которого собирается в параллельный пучок, после чего свет проходит через диафрагму и попадает на интерференционный фильтр. Дальше излучение проходит сквозь фильтр и попадает в световод, подключённый к спектрометру, с помощью которого осуществляется регистрация спектра и передача его в цифровом виде на компьютер.
Блок-схема лабораторной установки приведена ниже на рисунке 5:
Рисунок 1 – Блок-схема установки
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
По экспериментальным результатам построим спектры пропускания для двух светофильтров на рисунках 6 – 9. Отдельно вынесем кривые с малым значением максимума зависимости для более точного их распознавания.
Рисунок 6 – График спектральных зависимостей коэффициента пропускания для углов поворота от 0º до 70º для светофильтра №1
Рисунок 8 – График спектральных зависимостей коэффициента пропускания для углов поворота от 0º до 45º для светофильтра №2
По экспериментальным результатам, используя соотношения (3) – (5), проведём расчет значений различных параметров. Полученные данные представим в таблицах 1 и 2. Приведём пример расчёта.
Таблица 1 – Расчётные значения основных параметров для светофильтра №1
|
Светофильтр №1 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
76,496 |
0,474 |
556,67 |
7,8 |
161,38 |
0,854 |
5 |
75,786 |
0,272 |
556,60 |
8,0 |
278,63 |
0,887 |
10 |
75,263 |
0,713 |
555,57 |
8,0 |
105,56 |
0,823 |
15 |
75,826 |
1,33 |
554,01 |
8,3 |
57,01 |
0,766 |
20 |
74,694 |
0,692 |
550,90 |
8,0 |
107,94 |
0,824 |
25 |
72,239 |
0,251 |
546,76 |
8,0 |
287,80 |
0,889 |
30 |
72,131 |
0,297 |
541,83 |
7,8 |
242,87 |
0,879 |
35 |
70,878 |
0,603 |
537,68 |
7,8 |
117,54 |
0,831 |
40 |
70,616 |
0,894 |
531,19 |
7,8 |
78,99 |
0,798 |
45 |
69,569 |
0,368 |
525,47 |
8,1 |
189,05 |
0,864 |
50 |
63,506 |
0,329 |
516,63 |
9,4 |
193,03 |
0,866 |
55 |
59,267 |
0,175 |
510,90 |
10,2 |
338,67 |
0,897 |
60 |
52,578 |
0,721 |
503,61 |
13,0 |
72,92 |
0,790 |
65 |
43,688 |
1,049 |
497,87 |
17,2 |
41,65 |
0,732 |
70 |
37,25 |
0,167 |
486,39 |
21,2 |
223,05 |
0,874 |
Таблица 2 – Расчётные значения основных параметров для светофильтра №2
|
Светофильтр №2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
72,023 |
0,067 |
494,48 |
6,8 |
1074,97 |
0,941 |
5 |
72,738 |
0,565 |
494,48 |
6,8 |
128,74 |
0,838 |
10 |
74,201 |
1,263 |
494,48 |
7,3 |
58,75 |
0,769 |
15 |
72,135 |
0,108 |
493,70 |
6,8 |
667,92 |
0,925 |
20 |
72,946 |
1,377 |
490,56 |
7,3 |
52,97 |
0,758 |
25 |
72,611 |
3,253 |
485,60 |
7,1 |
22,32 |
0,651 |
30 |
68,646 |
0,039 |
482,99 |
7,1 |
1760,15 |
0,953 |
35 |
65,956 |
0,114 |
476,72 |
7,1 |
578,56 |
0,920 |
40 |
62,327 |
0,643 |
472,53 |
6,8 |
96,93 |
0,816 |
45 |
60,51 |
0,507 |
467,56 |
7,1 |
119,35 |
0,832 |
50 |
57,583 |
0,271 |
461,01 |
7,1 |
212,48 |
0,872 |
55 |
52,681 |
0,195 |
455,51 |
8,4 |
270,16 |
0,885 |
60 |
48,571 |
0,1 |
450,53 |
10,2 |
485,71 |
0,913 |
65 |
44,824 |
1,595 |
444,75 |
12,1 |
28,10 |
0,683 |
70 |
37,979 |
3,093 |
438,19 |
15,8 |
12,28 |
0,556 |
Пример расчёта для угла θ = 45º для светофильтра №2:
По экспериментальным результатам построим график зависимости длины волны максимального пропускания от угла падения света на рисунках 10 и 11 для двух светофильтров.
Рисунок 10 – График зависимости длины волна максимального пропускания от угла падения света для светофильтра №1
Рисунок 11 – График зависимости длины волны максимального пропускания от угла падения света для светофильтра №2
Используя соотношения (1) и (2) для углов падения 5º, 10º и 30º вычислим значения толщины обоих светофильтров, получив соотношение (5). Расчётные данные представим в таблице 3.
-
(5)
Таблица 3 – Расчётные значения эффективной оптической толщины светофильтров
Номер фильтра |
Эффективная оптическая длина светофильтра |
|
||
5 |
10 |
30 |
||
Светофильтр №1 |
h, мкм |
14,951 |
42,083 |
90,291 |
Светофильтр №2 |
1,684 |
1,687 |
74,934 |
|
Пример расчёта для обоих светофильтров при угле θ = 10º:
ВЫВОД: в ходе обработки результатов эксперимента были построены спектры пропускания двух светофильтров, по которым определены длины волн, на которых наблюдается максимум пропускания светофильтров: для светофильтра №1 – 556,67 нм, для светофильтра №2 – 494,48 нм.
Исследуемые светофильтры являются узкополосными, поэтому их пропускание зависит от длин волны.
Построены зависимости величины максимального пропускания от угла поворота светофильтров для обоих образцов. По ним можно определить, что максимальное значение коэффициента пропускания уменьшается с ростом угла поворота.
Так же рассчитаны значения эффективной оптической длины для двух светофильтров. Данное значение растёт для обоих образцов с увеличением угла поворота. Причём для второго светофильтра значение меняется намного сильнее при изменении угла от 10 до 30 градусов.