ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.03.2024
Просмотров: 204
Скачиваний: 0
7.7 |
|
|
|
|
3.9 |
|
|
4.8 |
|
|
5.8 |
.6 |
|
6.1 |
|
λ, |
||
57 |
579.0, |
|
579. |
|
60 |
|
61 |
62 |
671 |
|
69 |
нм |
||||||
7.0 |
(дублет) |
|
7.3 |
|
|
2.3 |
|
|
3.4 |
.6 |
|
0.7 |
|
|
||||
Спектр гелия (He) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
4 |
|
4 |
|
|
5 |
|
5 |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
47.1 |
71.3 |
92.2 |
01.6 |
87.6 |
67.8 |
,нм |
|
|
|
|
||||||
Контрольные вопросы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1.Что такое дифракционная решетка? Каково ее основное
свойство?
2.Условие главных интерференционных максимумов дифракционной решетки.
3.Что такое постоянная дифракционной решетки?
4.Что такое угловая дисперсия дифракционной решетки?
5.Что называют разрешающей способностью дифракционной решетки? Критерий Релея разрешающей способности дифракционной решетки.
6.Опишите лабораторную установку и порядок выполнения
работы.
ЛИТЕРАТУРА:
1.Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб пособие для втузов. – М:
Высш. Шк., 1989. – 608 с.
2.Савельев И.В. Курс общей физики, т.2.- М.: «Наука» 1978, с.
3.Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособ. для вузов.- 15-е изд., стереотип. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 560 с.
4.Калитеевский Н.И. Волновая оптика: Учеб. пособ. для вузов.- 3-изд., перераб. и доп.. - М.: Высш. шк., 1995. -463 с.
107
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.29
ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРОВ ПОГЛОЩЕНИЯ И ПРОПУСКАНИЯ
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Абсорбция света
Поглощением (абсорбцией) света называется явление потери энергии световой волны при прохождении еѐ через вещество вследствие возбуждения колебаний электронов среды. Эта энергия частично переходит во внутреннюю энергию или в энергию вторичного излучения.
Поглощение света в веществе подчиняется закону Бугера:
I I |
0 |
e αl |
(1) |
|
|
|
где I, I0 - интенсивность плоской монохроматической волны падающего и прошедшего через слой вещества излучения соответственно, α - коэффициент поглощения, зависящий от длины волны λ (или частоты) света, химической природы и состояния вещества и независящий от интенсивности света , l - толщина поглощающего слоя.
Коэффициент поглощения α различается для разных веществ. Для одноатомных газов и паров металлов, где атомы расположены на значительных расстояниях друг от друга, 0 и только в узких спектральных областях (10-12 - 10-11 м) наблюдаются резкие максимумы (линейчатый спектр поглощения). Эти области резкой абсорбции атомов соответствуют частотам собственных колебаний электронов внутри атомов.
Колебания атомов в молекулах расширяют спектр поглощения, образуя полосы поглощения (около 10-10 - 10-7 м).
Коэффициент поглощения для диэлектриков невелик (порядка
108
10-3 - 10-7 м -1) из-за отсутствия свободных электронов, однако в условиях резонанса при вынужденных колебаниях электронов в атомах и атомов в молекулах возникает сплошной спектр поглощения.
Для металлов величина коэффициента поглощения α велика (103 - 105 см- 1), так как из-за существования свободных электронов световая энергия быстро переходит во внутреннюю.
Коэффициент поглощения α зависит от длины волны, поэтому поглощающие вещества окрашены. Например, стекло, слабо поглощающее красные лучи и сильно поглощающее синие и зеленые лучи, при освещении белым светом будет казаться красным, а при освещении синим и зеленым светом - черным из-за сильного поглощения. Это явление используется в светофильтрах, которые в зависимости от химического состава пропускают свет только определѐнных длин волн. Таким образом, чем больше α для данной длины волны, тем отчетливее обнаружится ослабление соответствующих участков спектра поглощения.
1. Характеристики фильтров оптического излучения
По принципу действия фильтры могут быть разделены на поглощающие (абсорбционные) светофильтры, в которых световая энергия в основном переходит во внутреннюю; и фильтры, в которых происходит перераспределение излучения за счет дисперсии, отражения, рассеивания, дифракции и интерференции.
По виду спектральной характеристики фильтры делятся на полосовые (пропускающие излучение в узкой полосе длин волн (рис. а)) и отрезающие (пропускающие волны длиннее данной граничной волны (рис. б)).
а) |
б) |
|
|
109
Параметрами полосового фильтра являются прозрачность в максимуме 1тах, рабочая длина волны λ0, ширина полосы δλ на половине максимальной прозрачности, прозрачность за пределами полосы (фон) I0 и контрастность, определяемая соотношением Imax /I0 .
Параметр θ = λ0/δλ называется добротностью фильтра (разрешающей способностью спектрального прибора), в простейших случаях это величина порядка 10 - 100.
Параметрами отрезающего фильтра является длина волны перехода от прозрачности к непрозрачности, крутизна спектральной характеристики
Κ=ΔΙ/Δλ .
Коэффициент |
пропускания среды толщиной d (см) при учете только |
|||
потерь на поглощение |
|
|
|
|
|
|
|
(1 )d |
(2) |
|
|
. |
||
Спектральная |
характеристика |
стекол характеризуется |
численными |
|
значениями показателя поглощения или оптической плотности Dλ для различных длин волн и спектральными кривыми коэффициента пропускания τλ, оптической плотности Dλ и логарифма оптической плотности lg Dλ .
Показатель поглощения стекла kλ для света длиной волны λ определяется
из выражения |
|
|
|
|
k |
|
lg |
|
(3) |
l |
|
|||
|
|
|
|
где τλ - коэффициент пропускания стекла толщиной l (мм) для монохроматического света длиной волны λ.
Оптическая плотность Dλ массы стекла для монохроматического света
длиной волны λ связана с показателем поглощения kλ |
и коэффициентом |
пропускания τλ следующим соотношением: |
|
D lg k l |
(4) |
При расчете оптической плотности светофильтра необходимо учитывать, кроме поглощения света, потери на отражение от двух поверхностей стекла и вводить соответствующую поправку.
Коэффициент пропускания τλ. светофильтра толщиной l (мм) при перпендикулярном падении монохроматического света данной длин волны равен:
110
|
|
(1 )2 |
|
|
(1 )2 |
10 k l |
(5) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
, |
|||
где ρ - коэффициент отражения. Оптическая плотность Dλ' светофильтра |
||||||||||
для данной длины волны равна: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
D' lg |
' |
D D k |
|
l D |
(6) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
где Dρ - поправка на отражение света от двух поверхностей стекла. |
|
|||||||||
Поправка на отражение определяется из выражения |
|
|||||||||
|
|
Dρ= -2lg (l - ρ), |
|
|
|
|
(7) |
|||
где коэффициент отражения ρ определяется по формуле Френеля:
n 1 |
2 |
|
||
|
|
|
|
(8) |
|
||||
n 1 |
|
|
||
Обычно коэффициент отражения ρ условно принимается за постоянную для стекла каждой марки величину, зависящую только от показателя преломления этого стекла в видимой области спектра nD . Фактически показатель преломления непостоянен и зависит от длины волны проходящего света. Наиболее значительно показатель преломления отличается от nD в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Это вносит погрешность в определении коэффициента отражения и поправки на отражение от поверхностей стекла. Наибольшей эта погрешность будет в тех случаях, когда рабочая область светофильтра находится за пределами видимого спектра, а величина показателя поглощения мала, т.е. сравнима с величиной коэффициента отражения.
Таблица 2. Коэффициенты поглощения для разных категорий оптического стекла
Категория |
00 |
00 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
Коэффицие |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
1,5 |
3,0 |
|
нт поглощения |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
2.Приборы и оборудование
Лабораторная установка состоит их следующих узлов:
• монохроматор МУМ-01,
111