ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

Измерение спектральных характеристик источников излучения

1. Цель работы

Целью работы является освоение методики измерения спектральной плотности энергетической яркости (СПЭЯ) и спектральной плотности силы излучения (СПСИ) источников света с разным характером спектра, а также оценка погрешности измерений, связанной с рассеянием света в монохроматоре.

2. Подготовка к работе

При подготовке к работе необходимо изучить следующие разделы курса "Фотометрия": "Измерение спектров излучения"; "Светосила монохроматора"; "Способы освещения входной щели", а также описание монохроматора, на базе которого создана измерительная установка

Контрольные вопросы

1. Каким способом проводятся в данной работе измерения спектральных характеристик источников излучения?

2. Какие источники излучения могут быть использованы в качестве образцовых ари измерении СПЭЯ в видимой, ближней ультрафиолетовой и ближней инфракрасной областях спектра?

3. Из каких элементов состоит схема освэщения входной щели монохроматора при измерении СПЭЯ? При каких геометрических соотношениях обеспечивается полное заполнение светом объектива входного коллиматора и отсутствие виньетирования?

4. Какие источники могут быть использованы в качестве образцовых при измерении СПСЙ?

5. Какие элементы входят в схему освещения входной щели монохроматора в последнем случае? При каких геометрических соотношениях обеспечивается полное заполнение объектива входного коллиматора и отсутствие виньетирования?

6. Из каких соображений выбирается ширина щелей монохроматора при градуировке установки по спектральной чувствительности и измерениях спектральных характеристик источников с различным характером спектров излучения?

7. Как определяется поток линий для источников свата со смешанным спектром излучения?

8. Какие измерения необходимо провести, чтобы оценить погрешность измерении, обусловленную рассеянным светом в монохроматоре?

3. Описание установки

Измерение спектральных характеристик источников излучения проводится путем их сравнения с образцовыми (рабочими) источниками с помощью спектрометра, собранного на базе монохроматора, проградуированного по длинам волн и линейной дисперсий. В качестве приемников излучения используются вакуумный фотоэлемент (ФЭ) или ФЭУ с соответствующими блоками питания и регистрирующими приборами, типы которых указаны в описании лабораторной работы № 7.

Пропорциональность между реакцией приемника (фотококом i) и измеряемой спектральной характеристикой источника излучения (СПЭЯ или СПСИ) обеспечивается соответствующей схемой освещения входной щели монохроматора. При измерении спектрального распределения энергетической яркости (рис. 8.1) схема состоит из конденсорной линзы 2, изображающей фотометрируемый участок источника излучения 1 в плоскости входной щели 4, выполняющей роль полевой диафрагмы, и антивиньетирующей линзы 3 монохроматора, создающей изображение конденсорной линзы на входном коллиматорном объектива 5. В этом случае при источнике со сплошным спектром реакция приемника с линейной световой характеристикой определяется значением СПЭЯ измеряемого участка источника

, (8.1)

где _к() и _м() - спектральные коэффициенты пропускания конденсора и монохроматора;  - телесный угол, характеризующий заполнение входного объектива монохроматора потоком излучения; а₁ и а₂ - ширина входной и выходной щелей; h - высота щелей (при разной, высоте двух щелей - меньшее значение); S() спектральная чувствительность приемника; D_l() линейная дисперсия монохроматора.

При излучении с линейным спектром фототок равен

, (8.2)

где L_e() - энергетическая яркость фотометрируемого участка источника на длине волны, соответствующей измеряемой линии.

В формулах (8.1), (8.2) и далее индексы (“) и (‘) относятся к фототокам, обусловленным, соответственно, излучением сплошного спектра и отдельных линий.

В качестве рабочего средства измерения СПЭЯ используется светоизмерительная лампа с ленточным телом накала. Тип лампы, ее геометрические и электрические параметры, таблица значений СПЭЯ , а также положение и размеры участка тела накала, для которого определены эти значения, приведены на лабораторном стенде. Лампа питается от стабилизированного источника постоянного тока. Установка и контроль рабочего тока лампы производятся с помощью амперметра или цифрового вольтметра, измеряющего падение напряжения на образцовом сопротивлении, включенном последовательно с лампой.

При измерении спектрального распределения силы излучения (рис. 8.2) входная щель монохроматора освещается белой пластиной 2, диффузно отражающей или пропускающей свет. Пластину устанавливают так, чтобы максимально заполнять светом коллиматорный объектив монохроматора 5, при этом антивинъетирующая линза 3 должна создавать изображение пластины в плоскости этого объектива. Тогда при источнике излучения со сплошным спектром реакция приемника определяется СПСИ источника

, (8.3)

а при линейчатом спектре - силой излучения, соответствующей измеряемой линии

, (8.4)

где l - расстояние от источника излучения до пластины;  - угол падения света на пластину; () - коэффициент яркости пластины при данных условиях освещения по направлению к входной щели.

В качестве рабочего средства измерения СПСИ применяется све­тоизмерительная лампа СИС 40-100 или близкая к ней по параметрам излучения лампа накаливания другого типа. Лампа может быть аттестована либо непосредственно по СПСИ в абсолютных единицах, либо по силе света при работе в режиме стандартного источника "А" ( Т_ц=2856К) с известным относительным спектральным распределением излучения. Характеристики лампы представлены на лабораторном стенде. Лампа питается от стабилизированного источника постоянного напряжения. Заданное напряжение устанавливается и контролируется с помощью цифрового вольтметра.

Исследуемыми источниками могут быть газоразрядные лампы разных типов: ртутные, металлогалогенные, люминесцентные.

Для оценки влияния рассеяния света в монохроматоре применяются узкополосные (П - образные) или отсекающие светофильтры с известным значением  в области пропускания. С той же целью исследуемый спектр может быть измерен также с помощью двойного монохроматора с малым рассеянным светом.