FILTRÓW OPTYCZNYCH II - Rok studiów dziennych Kierunek : Fizyka

1
Ćwiczenie Numer
„ 91 ”
10 – 06 – 2004 r.
BADANIE PRZEPUSZCZALNOŚCI
FILTRÓW OPTYCZNYCH
Dominik Kaniszewski
Sebastian Gajos
II - Rok studiów dziennych
Kierunek : Fizyka ; gr. – I
CEL ĆWICZENIA :
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania i metodą
cechowania monochromatora, oraz charakterystyką przepuszczalności
filtrów optycznych (absorpcyjnych i interferencyjnych).
CZĘŚĆ TEORETYCZNA :
FILTR OPTYCZNY :
# to urządzenie do wyodrębniania ze światła o barwie złożonej, zwykle białego,
światła jednobarwnego lub określonego wycinka widma optycznego (filtr optyczny
barwny); także element do osłabiania natężenia przechodzącego przezeń światła (
filtr optyczny szary). Zasada działania filtru optycznego zależy od jego rodzaju. W
filtrze optycznym absorpcyjnym jest wykorzystywane zjawisko selektywnej absorpcji
światła, w interferencyjnym zjawisko interferencji światła w płytkach lub cienkich
warstwach.
Filtry optyczne, jak sama nazwa wskazuje, służą do filtrowania światła. Czyli wycinania z wiązki,
najczęściej światła białego, części widma o określonej długości fali. W tym celu używa się najczęściej
filtrów barwnych, poza szarymi, które osłabiają wiązkę w całej szerokości widmowej. Filtry optyczne
dzieli się na dwie grupy, podział jest wprowadzony ze względu na sposób uzyskiwania wiązki o
określonej długości fali. Rozróżniamy filtry absorpcyjne – wykorzystujące zjawisko selektywnej
absorpcji światła i pozostawieniu zadanego pasma, i interferencyjne wykorzystujące zjawisko
interferencji zachodzące na płytkach lub w cienkich warstwach materiału o budowie krystalicznej. Filtry
charakteryzuje się trzema parametrami określającymi ich zdolności optyczne. Są to: długość fali w
maksimum przepuszczalności λx, procentowa transmisja w maksimum Tmax% i szerokość połówkowa
pasma przepuszczalnego. Filtry optyczne są szeroko wykorzystywane w przemyśle, fotografice,
astronomii oraz przy konserwacji zabytków (obrazów i malowideł).
ABSORPCJA :
#to pochłanianie (całkowite lub częściowe) energii promieniowania elektromagnetycznego
(np. światła) przez ośrodek, w którym rozchodzi się to promieniowanie.
REFRAKCJA :
# to zjawisko załamania fal na granicy rozdzielającej ośrodki o różnych współczynnikach
załamania.
PRAWO ODBICIA :
# Promień odbity leży w tej samej płaszczyźnie, w której leży promień padający i
normalna do powierzchni wystawiona w punkcie padania. Kąt odbicia ( β ) równy jest
kątowi padania ( α ). α = β
MONOCHROMATOR OPTYCZNY :
# to przyrząd spektralny do wydzielania wąskiego zakresu długości fal
ze światła o widmie złożonym ( np. światła białego). Składa się on z
układu rozszczepiającego (pryzmat) i 2 kolimatorów: wejściowego –
rzucającego równoległą wiązkę światła na układ rozszczepiający, i
wyjściowego – wybierającego z całego widma światło prawie
monochromatyczne (jednobarwne) o potrzebnej długości fali.
2
TABELE POMIARÓW I WYNIKÓW :
CECHOWANIE (SKALOWANIE) MONOCHROMATORA
Lp.:
WSKAZANIA
ŚRUBY
BARWA
ni
1.
2.
ŻÓŁTA
13,29
4.
13,68
ZIELONA
13,72
6.
13,53
576,96
579,06
13,70
546,07
15,53
404,69
16,41
365,02
13,69
7.
15,54
1
FIOLETOWA
15,56
9.
15,49
10.
11.
[ nm ]
13,99
13,32
8.
λ
< ni >
3.
5.
ŚREDNIE
WSKAZANIA
ŚRUBY
16,44
2
FIOLETOWA
16,39
12.
16,41
BADANIE PRZEPUSZCZALNOŚCI FILTRÓW
(absorpcyjnego’ I1’ i interferencyjnego ’ I2’)
Lp.:
n0
I0
I1
I2
T1 [%]
T2 [%]
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
13,00
13,20
13,40
13,60
13,80
14,00
14,20
14,40
14,60
14,80
15,00
15,20
15,40
15,60
15,80
16,00
16,20
16,40
16,60
16,80
17,00
149,5
149,0
148,9
148,8
148,3
147,2
145,3
142,8
140,2
137,6
134,6
132,2
129,4
127,6
126,4
125,4
124,4
124,0
123,4
123,2
123,0
149,0
148,9
148,7
148,4
147,6
145,6
142,9
139,0
134,5
129,9
125,2
121,2
120,4
119,2
119,0
121,6
121,6
121,4
121,1
120,8
120,7
141,6
133,3
123,2
121,4
121,1
120,8
120,7
120,8
121,1
120,9
121,3
121,6
121,3
121,2
121,4
121,2
121,3
121,2
120,9
121,1
120,9
99,666
99,933
99,866
99,731
99,528
98,913
98,348
97,339
95,934
94,404
93,016
91,679
93,045
93,417
94,146
96,970
97,749
97,903
98,136
98,052
98,130
94,716
89,463
82,740
81,586
81,659
82,065
83,070
84,594
86,377
87,863
90,119
91,982
93,740
94,984
96,044
96,651
97,508
97,742
97,974
98,295
98,293
3
OBLICZENIA NIEPEWNOŚCI POMIAROWYCH :
WSPÓŁCZYNNIKI REGRESJI LINIOWEJ :
a=
n * ∑ xi * y − ∑ xi * ∑ y
i
n * ∑ xi 2 −(∑ xi )2
__
i
__
;b = Y − a * X .
Współczynniki regresji liniowej (y = a•λ + b)
dla pierwszego wykresu
a
-0,0134
b
21,1276
WNIOSKI Z ĆWICZENIA :
Na podstawie wykresu ze strony nr.5 można wnioskować o dużej skuteczności i czułości filtrów
na zmiany długości fali świetlnej. Filtr interferencyjny (pomarańczowy) charakteryzuje się dużą
przepuszczalnością światła o długości fali większej niż 550 [nm] czyli barwy żółtej i czerwonej, także dla
niebieskiej (λ < 400 [nm]) przepuszczalność filtra jest prawie stu procentowa. Filtr zielony nie jest tak
skuteczny, jednak zauważamy spadek przepuszczalności światła dla fal, długości od 400 do 500 [nm]
(minimum przepuszczalności dla fali 428 [nm]), odpowiada to przedziałowi od fioletu do błękitu, dla
większych częstotliwości spadek przenikalności jest niezauważalny.