Определение коэффициента поглощения активного диэлектрика

Если однородную поглощающую среду осветить пучком монохроматического излучения, то вследствие поглощения интенсивность его уменьшается. Если на образец толщиной d падает свет интенсивностью J₀, то интенсивность прошедшего через него излучения J может быть определена из соотношения, известного под названием закона Ламберта-Бугера:

, (1)

где k - коэффициент поглощения.

Этот закон справедлив только для строго монохроматического излучения, перпендикулярно падающего к поверхности исследуемого вещества и не испытывающего отражения. Отклонение от этого закона может быть вызвано также и неоднородностью поглощающей среды и недостаточной параллельностью пучка излучения.

Согласно выражению (1), определение коэффициента поглощения активного диэлектрика (рубина и стекла с неодимом) практически сводится к измерению пропускаемости J/J₀ оптической плотности lnJ₀/J для данной длины волны излучения:

k = 1/d · lnJ₀/J, (2)

Графическое изображение зависимости коэффициента поглощения исследуемого вещества от длины волны падающего излучения называют спектром поглощения k(λ). Длину волны изображают в ангстремах (Å) или микронах (мкм).

Для определения коэффициента поглощения образца поступают следующим образом.

Пучок света от лампы накаливания (л.н.) модулируется прерывателем и направляется через объект исследования в монохроматор УМ-2. С помощью входной и выходной щелей монохроматора можно изменить интенсивность пучка света. Из монохроматора свет определенной длины волны падает на фотоумножитель, который является приемником излучения. Переменный электрический сигнал с частотой модуляции от фотоумножителя поступает на вход резонансного усилителя У2-4, после чего детектируется в фазе с опорным сигналом синхродетектором СД-1. На входе синхродетектора стоит индикаторный прибор. Отсчет показаний J₀ ω J производится по показаниям индикаторного прибора. Все измерения производятся на переменном сигнале с целью исключения постоянной подсветки.

2. Порядок выполнения работы

1. С разрешения преподавателя включить приборы и дать им прогреться 20-30 минут.

2. Установить напряжение на ФЭУ равное 1100 в.

3. Включить лампу накаливания и модулятор, убрать объект исследования из светового пучка поворотом барабана с объектами по часовой стрелке. По показаниям индикаторного прибора J₀ и барабана монохроматора n снять зависимость J₀(n).

4. Поместить объект на пути светового пучка и снять зависимость J(n) для рубина и для стекла с неодимом.

5. Выключить питание ФЭУ, модулятор, лампу накаливания, а затем остальные приборы.

6. Произвести необходимые вычисления и обработать результата согласно заданию.

1. Задание

1. По указанию преподавателя произвести градуировку монохроматора и построить градуированную кривую или построить градуировочный график монохроматора УМ-2 по таблице 1.

2. Снять кривую зависимость J₀(λ). Результаты занести в таблицу и 2.

3. Снять кривую спектрального поглощения J(λ) для рубина и стекла с неодимом. Результаты занести в таблицу 3 и 4. Построить зависимости J(λ) для исследуемых образцов.

4. Измерить толщину образцов.

5. По результатам таблицы 2 построить зависимость J₀(λ).

6. Вычислить и построить спектры поглощения k(λ) для указанных образцов по результатам таблиц 3 и 4 по зависимости J(λ).

Таблица 1. Зависимость

Длина волны λ в Å	Отсчет по шкале барабана длин волн, град
6907 Hg кр.	2891
5852 Ne ор.	2490
5770 Hg жел.	2445
5461 Hg зел.	2265
Длина волны λ в Å	Отсчет по шкале барабана длин волн, град
4916 Hg гол.	1842
4358 Hg оин.	1178
4066 Hg фиол.	625

Таблица 2 .

J0 (дел)	n (дел. бараб.)	λ (мкм)

Таблица 3.

J (дел)	n (дел. бараб.)	λ (мкм)	lnJ0/J	k (см-1)
рубин

Таблица 4.

J (дел)	n (дел. бараб.)	λ (мкм)	lnJ0/J	k (см-1)
стекло с неодимом

ОтБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1. Результаты расчёта коэффициента поглощения исследованных веществ, оформить в виде таблиц.

2. Спектры поглощения исследованных веществ, оформить в виде графиков .

Из полученных экспериментальных данных необходимо:

1. Идентифицировать полосы поглощения с соответствующими переходами между энергетическими уровнями исследованного вещества:

- определить энергетическое положение уровней 1,2,3, изображённых на рисунке 2, используя спектр поглощения рубина.

2. Определить процентное содержание в исследуемом образце (по 1-17,б) и концентрацию ионов хрома в образце рубина, учитывая, что плотность .

3. Определить коэффициенты Эйнштейна B_ml для соответствующих переходов (формула 15), (m и l – по заданию преподавателя); коэффициент преломления равен 1,77.

4. Рассчитать коэффициенты Эйнштейна из соотношения

5. Рассчитать интегральное поперечное сечение поглощения иона в .

ОТЧЕТ

Отчет должен содержать:

1. Краткое содержание работы.

2. Результаты расчёта коэффициента поглощения исследованных веществ, оформление в виде таблиц.

3. Спектры поглощения исследованных веществ, оформление в виде графиков .

4. Коэффициенты Эйнштейна B_ml при коэффициенте преломления равном 1,77.

5. Коэффициенты Эйнштейна .

6. Интегральное поперечное сечение поглощения иона в .

литературА

1 Лазерное излучение. Под общ. Ред. В.Я. Гранкина. – М.: Воениздат, 1977.

2 Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике. Учебное пособие. – М.: Наука, 1983. – 320 с.

3 Специальный практикум по полупроводникам и полупроводниковым приборам. Под ред. К.В. Шалимовой. – Л.: Энергоиздат, 1962.