Практика по курсу «Фотометрия»
Практика 1. Физические основы приемников излучения
Устройства физической фотометрии
Схема кубика Люммера - Бродхуна
Фотометрическая скамья
Особенности чувствительности глаза к свету
Виды фотометрических измерений.
Приемники излучения
Измерения оптическими приборами
1.1. Устройства физической фотометрии
Фотодиод (иногда называемый вентильным фотоэлементом) представляет собой металлическую пластинку, на которую нанесен тонкий слой полупроводникового материала (например, селена с напыленной поверх него тонкой пленкой золота или другого неокисляющегося металла) (рис. 1.1). Толщина пленки подобрана так, что она проводит электричество, но прозрачна и пропускает свет. Свет, падающий на селен, вызывает дрейф свободных электронов, которые заряжают металлическую пленку отрицательно относительно селена. Этот свет создает поток электронов, который может быть измерен гальванометром или микроамперметром.
Рис. 1.1. Полупроводниковый фотодиод
1 – слой селена; 2 – металлическая подложка; 3 – прозрачный слой золота; 4 – металлическое кольцо
Если к такому фотодиоду присоединить микроамперметр с малым сопротивлением, то показываемый им ток будет почти строго пропорционален освещенности фотодиода. Если же сопротивление цепи велико, то соотношение прямой пропорциональности нарушается. Тогда в лабораторных условиях применяют специальные схемы, имитирующие нулевое внешнее сопротивление. Простая комбинация фотодиода с микроамперметром используется в фотографических экспонометрах.
1.2. Схема кубика Люммера - Бродхуна
Если две поверхности соприкасаются, то по исчезновению разграничивающей линии между ними равенство их яркостей можно установить визуально с точностью до 1%. Разработано много устройств, образующих такие поля сравнения. Одно из них, кубик Люммера – Бродхуна (рис. 1.2,а). Это две сложенные вместе трехгранные призмы из оптического стекла, причем контактная грань одной призмы слегка закруглена. Вследствие этой закругленности призмы имеют лишь частичный оптический контакт, через который свет может проходить прямо. Но в тех местах, где грани призм не соприкасаются, свет полностью отражается. Часто бывает желательно, чтобы свет от двух источников падал с противоположных сторон, и поэтому применяется схема, показанная на рис. 1.2,б. Наблюдатель, глядя в микроскоп с небольшим увеличением, видит поля сравнения (приведены на рис. 1.2,в)
|
|
Рис. 1.2. Схема кубика Люммера -Бродхуна, применяемого для сравнения силы света двух источников. а – две призмы, из которых состоит кубик; б – их расположение в фотометрической головке; в – поля сравнения, видимые в окуляр O. Свет от источника S1 проходит прямо в телескопическую трубку, а от источника S2 попадает в нее после внутреннего отражения в призме 2. В результате формируется изображение в виде двух соосных эллипсов. |
1.3. Фотометрическая скамья
Чтобы добиться одинаковой яркости двух полей сравнения, нужно регулировать световой поток хотя бы одного из сравниваемых источников света. В лабораторных измерениях сравниваемые лампы закрепляют в держателях, которые можно перемещать по направляющей. Такая направляющая имеет прямолинейную конструкцию, достаточно жесткую, которая называется фотометрической скамьей. Фотометрическая головка (на рис. 1.2,б) устанавливается неподвижно. Если одна лампа закреплена на расстоянии x1 (рис. 1.3) от экрана, а другая отодвинута на расстояние x2 и при этом яркость полей сравнения одинакова, то отношение сил света I1 и I2 двух ламп определяется равенством I1 /x12 = I2 /x22.
Это равенство выражает закон обратных квадратов расстояний И.Кеплера (1604), который является основным законом фотометрии. Согласно этому закону, если яркость двух полей сравнения одинакова, то силы света двух ламп обратно пропорциональны квадратам расстояний
На фотометрической скамье вместо визуального фотометра можно установить фотодиод. Более того, можно установить рядом два фотодиода, обращенных в противоположные стороны, и измерять разность их токов. В таком варианте лампа 1 служит лампой сравнения и остается на своем месте в ходе эксперимента, а лампа, которую требуется сравнить, устанавливается в положение 2, после чего ее перемещают так, чтобы разность токов была равна нулю.
|
|
Рис. 1.3. Фотометрическая скамья, применяемая в визуальной фотометрии. Лампа 1 неподвижна, а лампу 2 перемещают, добиваясь, чтобы обе лампы казались наблюдателю одинаково яркими. |
