МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра фотоники |
||||||
отчет по лабораторной работе № 1 по дисциплине «Квантовая и оптическая электроника» Тема: «Интерференционный светофильтр»
|
||||||
|
||||||
Санкт-Петербург 2024 |
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, подключенный 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 6,7. Отдельно вынесем кривые с малым значением максимума зависимости для более точного их распознавания.
Рисунок 2 – График спектральных зависимостей коэффициента пропускания для углов поворота от 0º до 70º для светофильтра №1
Рисунок 3 – График спектральных зависимостей коэффициента пропускания для углов поворота от 0º до 70º для светофильтра №2
По экспериментальным результатам, используя соотношения (1) – (3), проведем расчет значений различных параметров. Полученные данные представим в таблицах 1 и 2. Приведем пример расчета.
Таблица 1 – Расчетные значения основных параметров для светофильтра №1
|
Светофильтр №1 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
71,091 |
0,789 |
494,20 |
7 |
90,103 |
0,809 |
5 |
71,61 |
1,427 |
494,40 |
7 |
50,182 |
0,753 |
10 |
72,577 |
3,169 |
493,60 |
7 |
22,902 |
0,654 |
15 |
72,411 |
1,450 |
492,30 |
6 |
49,939 |
0,752 |
20 |
72,268 |
1,047 |
489,20 |
7 |
69,024 |
0,785 |
25 |
70,725 |
1,055 |
486,90 |
8 |
67,038 |
0,782 |
30 |
70,002 |
0,789 |
482,70 |
8 |
88,722 |
0,808 |
35 |
69,257 |
0,702 |
478,00 |
8 |
98,657 |
0,817 |
40 |
67,096 |
0,741 |
473,00 |
7 |
90,548 |
0,810 |
45 |
64,844 |
0,162 |
466,20 |
7 |
400,272 |
0,905 |
50 |
63,126 |
1,241 |
461,70 |
11 |
50,867 |
0,754 |
55 |
61,53 |
1,299 |
458,90 |
13 |
47,367 |
0,746 |
60 |
55,332 |
2,722 |
448,9 |
15 |
20,328 |
0,637 |
65 |
51,313 |
3,720 |
444,4 |
14 |
13,794 |
0,576 |
70 |
43,725 |
5,344 |
439 |
18 |
8,182 |
0,482 |
Таблица 2 – Расчетные значения основных параметров для светофильтра №2
|
Светофильтр №2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
75,245 |
0,812 |
558,80 |
9 |
92,666 |
0,812 |
5 |
75,177 |
0,886 |
555,50 |
9 |
84,850 |
0,804 |
10 |
75,114 |
1,037 |
555,80 |
8 |
72,434 |
0,790 |
15 |
75,213 |
1,008 |
554,50 |
8 |
74,616 |
0,792 |
20 |
73,803 |
1,082 |
551,40 |
9 |
68,210 |
0,784 |
25 |
72,135 |
0,928 |
548,00 |
10 |
77,732 |
0,796 |
30 |
71,945 |
0,973 |
543,30 |
8 |
73,941 |
0,792 |
35 |
71,483 |
0,816 |
536,90 |
8 |
87,602 |
0,807 |
40 |
71,003 |
1 |
530,40 |
11 |
71,003 |
0,788 |
45 |
70,094 |
1,215 |
523,60 |
13 |
57,691 |
0,767 |
50 |
64,746 |
1,631 |
516,60 |
12 |
39,697 |
0,726 |
55 |
61,506 |
2,337 |
510,30 |
15 |
26,318 |
0,674 |
60 |
53,973 |
3,264 |
503,30 |
19 |
16,536 |
0,605 |
65 |
47,552 |
4,454 |
497,30 |
23 |
10,676 |
0,531 |
70 |
39,748 |
6,160 |
484,50 |
24 |
6,453 |
0,435 |
|
(1) |
|
(2) |
|
(3) |
Пример расчета для угла θ = 0º для светофильтра №1:
По экспериментальным результатам построим график зависимости длины волны максимального пропускания от угла падения света на рисунках 8 и 9 для двух светофильтров.
Рисунок 4 – График зависимости длины волна максимального пропускания от угла падения света для светофильтра №1
Рисунок 5 – График зависимости длины волны максимального пропускания от угла падения света для светофильтра №2
Используя соотношения для углов падения 5º, 10º и 30º вычислим значения толщины обоих светофильтров, получив следующее соотношение. Расчетные данные представим в таблице 3.
Таблица 3 – Расчетные значения эффективной оптической толщины светофильтров
Номер фильтра |
Эффективная оптическая длина светофильтра |
|
||
5 |
10 |
30 |
||
Светофильтр №1 |
h, [мкм] |
80,668 |
29,211 |
74,948 |
Светофильтр №2 |
102,702 |
69,383 |
92,419 |
|
Пример расчета для обоих светофильтров при угле θ = 10º:
ВЫВОД
В ходе выполнения лабораторной работы были исследованы спектральные характеристики интерференционных светофильтров и их основные параметры. В процессе обработки экспериментальных данных были построены спектры пропускания для двух светофильтров. Из полученных зависимостей видно, что с увеличением угла падения света максимум пропускания уменьшается и смещается в область более коротких длин волн. Также были построены зависимости величины максимального пропускания от угла поворота светофильтров для обоих образцов. Эти зависимости показывают, что максимальное значение коэффициента пропускания уменьшается с увеличением угла поворота. В результате удалось определить значения эффективной оптической длины для двух светофильтров.