sprawko - badanie wiązki świetlnej, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 29-Optyczna analiza widmowa


LABORATORIUM FIZYKI II

Ćwiczenie nr:

15

Wydział:

Mechatronika

Grupa:

R 39

Zespół:

6

Data wykonania:

12-05-2000

Nazwisko i imię:

Żelski Krzysztof

Ocena

Przygotowanie:

Sprawozdanie przyjęto:

Data:

Podpis:

Zaliczenie

Prowadzący:

Wykonanie ćwiczenia miało na celu zapoznanie nas z własnościami światła spójnego i niespójnego oraz sposobami jego generacji i detekcji. W trakcie ćwiczenia badaliśmy rozkłady natężenia światła wiązek emitowanych przez laser helowo-neonowy oraz diodę elektroluminescencyjną.

W pierwszej fazie ćwiczenia badaliśmy rozkład natężenia wiązki światła laserowego.

Schemat stanowiska pomiarowego zamieszczony jest poniżej:

L - laser helowo-neonowy wraz z zasilaczem ZL

M - modulator światła

F - fotodioda

VS - woltomierz selektywny

VC - woltomierz cyfrowy

Przy pomocy stolika mikrometrycznego sterowaliśmy położeniem fotodiody, co umożliwiło nam wykonanie serii pomiarów natężenia światła wiązki po dwóch jej średnicach: pionowej (x) i poziomej (y).

Wyniki pomiarów natężenia światła (czyli pośredni napięcia dawanego przez fotodiodę) w funkcji przesunięcia zamieszczone są w poniższej tabeli:

Przesów x [mm]

(x-xmax)2

[mm]

Napięcie U[V]

ln(V(x)/Vmax)

Przesów y [mm]

(y-ymax)2 [mm]

Napięcie U [V]

ln(V(y)/Vmax)

0

0,2601

0,048

-2,975

0

0,3249

0,04

-3,170

0,03

0,2304

0,05

-2,934

0,03

0,2916

0,058

-2,798

0,06

0,2025

0,094

-2,303

0,06

0,2601

0,078

-2,502

0,09

0,1764

0,121

-2,050

0,09

0,2304

0,101

-2,243

0,12

0,1521

0,155

-1,802

0,12

0,2025

0,136

-1,946

0,15

0,1296

0,198

-1,558

0,15

0,1764

0,178

-1,677

0,18

0,1089

0,24

-1,365

0,18

0,1521

0,235

-1,399

0,21

0,09

0,29

-1,176

0,21

0,1296

0,278

-1,231

0,24

0,0729

0,334

-1,035

0,24

0,1089

0,315

-1,106

0,27

0,0576

0,417

-0,813

0,27

0,09

0,347

-1,009

0,3

0,0441

0,475

-0,683

0,3

0,0729

0,391

-0,890

0,33

0,0324

0,549

-0,538

0,33

0,0576

0,447

-0,756

0,36

0,0225

0,626

-0,407

0,36

0,0441

0,507

-0,630

0,39

0,0144

0,715

-0,274

0,39

0,0324

0,568

-0,516

0,42

0,0081

0,81

-0,149

0,42

0,0225

0,642

-0,394

0,45

0,0036

0,885

-0,060

0,45

0,0144

0,707

-0,298

0,48

0,0009

0,929

-0,012

0,48

0,0081

0,785

-0,193

0,51

0

0,94

0,000

0,51

0,0036

0,863

-0,098

0,54

0,0009

0,934

-0,006

0,54

0,0009

0,923

-0,031

0,57

0,0036

0,906

-0,037

0,57

0

0,952

0,000

0,6

0,0081

0,874

-0,073

0,6

0,0009

0,947

-0,005

0,63

0,0144

0,843

-0,109

0,63

0,0036

0,915

-0,040

0,66

0,0225

0,826

-0,129

0,66

0,0081

0,867

-0,094

0,69

0,0324

0,789

-0,175

0,69

0,0144

0,815

-0,155

0,72

0,0441

0,743

-0,235

0,72

0,0225

0,762

-0,223

0,75

0,0576

0,657

-0,358

0,75

0,0324

0,7

-0,307

0,78

0,0729

0,58

-0,483

0,78

0,0441

0,631

-0,411

0,81

0,09

0,482

-0,668

0,81

0,0576

0,549

-0,550

0,84

0,1089

0,418

-0,810

0,84

0,0729

0,458

-0,732

0,87

0,1296

0,366

-0,943

0,87

0,09

0,371

-0,942

0,9

0,1521

0,308

-1,116

0,9

0,1089

0,295

-1,172

0,93

0,1764

0,255

-1,305

0,93

0,1296

0,246

-1,353

0,96

0,2025

0,218

-1,461

0,96

0,1521

0,206

-1,531

0,99

0,2304

0,172

-1,698

0,99

0,1764

0,162

-1,771

1,02

0,2601

0,142

-1,890

1,02

0,2025

0,118

-2,088

1,05

0,2916

0,121

-2,050

1,05

0,2304

0,091

-2,348

1,08

0,3249

0,089

-2,357

1,08

0,2601

0,081

-2,464

1,11

0,36

0,065

-2,671

1,11

0,2916

0,072

-2,582

1,14

0,3969

0,048

-2,975

1,14

0,3249

0,056

-2,833

1,17

0,36

0,038

-3,221

Poniżej znajduje się wykres, który obrazuje jak wzrastała napięcie (a więc natężenie światłą wiązki) podczas przesuwania fotodetektora wzdłuż obu średnic wiązki:

0x08 graphic
Średnice wiązki w dwóch płaszczyznach możemy wyznaczyć bezpośrednio z powyższego wykresu. Korzystamy przy tym z definicji średnicy wiązki, która mówi, że średnicą wiązki określamy odległość pomiędzy punktami leżącymi w płaszczyźnie prostopadłej do osi z w których natężenie zmniejsza się do 1/e2 swojej wartości maksymalnej. Tak więc na podstawie wykresu:

Średnica wiązki obliczana po osi X

d1 = 1,05-0,09= 0,96±0,02 [mm]

Średnica wiązki obliczana po osi Y

d2 = 1,02-0,11=0,91±0,02 mm

Aby wyznaczyć średnicę wiązki lasera helowo-neonowego wyznaczyłem wielkości ln(V/Vmax), (x-xmax)2 i (y-ymax)2 (wielkości tych wartości zamieściłem w pierwszej tabeli). Sporządzając wykresy ln(V(x)/Vmax) w funkcji (x-xmax)2 i ln(V(y)/Vmax) w funkcji (y-ymax)2, możemy sprawdzić, czy otrzymane w trakcie pomiarów wyniki są opisane przez funkcję o postaci:

0x01 graphic

Jeśli tak jest, to otrzymane wykresy powinny być liniami prostymi, a ich współczynnik pozwala określić parametr B w powyższej funkcji.

0x08 graphic

Okazuje się, że faktycznie otrzymane wykresy są niemal liniami prostymi. Po aproksymowaniu ich prostymi wyznaczam ich współczynniki kierunkowe.

Do sprawozdania zamieszczam dodatkowo wykresy wykonane w programie N-kwadrat ponieważ program ten pozwala wyznaczyć błędy współczynników (metoda najmniejszej sumy kwadratów).

Przesunięcie w osi X

0x08 graphic
(część wiązki od maksimum do minimum - prawa część promienia patrząc od strony lasera)

Otrzymaliśmy w ten sposób współczynnik a=-7,408±0,065 [1/mm]

Aby wyznaczyć średnicę wiązki należy zaznaczyć że definiuje się ją jako odległość między punktami leżącymi w płaszczyźnie prostopadłej do osi z , w których natężenie zmniejsza się do 1/e2 swojej wartości maksymalnej. Natężenie krańcowe Vk wynosi :

0x01 graphic
= 0,127215 V ⇒ 0x01 graphic

Vk=0,1272±0,0001 V

0x08 graphic
Posiadając wartość B i Vk możemy wyznaczyć prawą część średnicy dG ze wzoru:

0x01 graphic
0x01 graphic
= 0,51960995 mm 0x01 graphic
= 0,00228

dP = (0,5196±0,0023)mm

Przesunięcie w osi X

0x08 graphic
(część wiązki od minimum do maksimum - lewa część promienia patrząc od strony lasera)

Otrzymaliśmy w ten sposób współczynnik a=-11,46±0,25 [1/mm]

Aby wyznaczyć średnicę wiązki należy zaznaczyć że definiuje się ją jako odległość między punktami leżącymi w płaszczyźnie prostopadłej do osi z , w których natężenie zmniejsza się do 1/e2 swojej wartości maksymalnej. Natężenie krańcowe Vk wynosi :

0x01 graphic
= 0,127215V ⇒ 0x01 graphic

Vk=0,1272±0,0001 V

Posiadając wartość B i Vk możemy wyznaczyć prawą część średnicy dG ze wzoru:

0x08 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic
= 0,417768 mm 0x01 graphic
= 0,0045567

dL = (0,418±0,005)mm

Przesunięcie w osi Y

0x08 graphic
(część wiązki od maksimum do minimum - dolna część promienia wiązki)

Otrzymaliśmy w ten sposób współczynnik a=-9,11±0,20 [1/mm]

Aby wyznaczyć średnicę wiązki należy zaznaczyć że definiuje się ją jako odległość między punktami leżącymi w płaszczyźnie prostopadłej do osi z , w których natężenie zmniejsza się do 1/e2 swojej wartości maksymalnej. Natężenie krańcowe Vk wynosi :

0x01 graphic
= 0,128839 [V] ⇒ 0x01 graphic

Vk=0,1288±0,0001 [V]

Posiadając wartość B i Vk możemy wyznaczyć prawą część średnicy dG ze wzoru:

0x08 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic
= 0,4683285 mm 0x01 graphic
= 0,005135 mm

dD = (0,468±0,005)mm

Przesunięcie w osi Y

(część wiązki od minimum do maksimum - górna część promienia wiązki)

0x08 graphic

Otrzymaliśmy w ten sposób współczynnik a=-9,15±0,17 [1/mm]

Aby wyznaczyć średnicę wiązki należy zaznaczyć że definiuje się ją jako odległość między punktami leżącymi w płaszczyźnie prostopadłej do osi z , w których natężenie zmniejsza się do 1/e2 swojej wartości maksymalnej. Natężenie krańcowe Vk wynosi :

0x01 graphic
= 0,128839 [V] ⇒ 0x01 graphic

0x08 graphic
Vk=0,1288±0,0001 [V]

Posiadając wartość B i Vk możemy wyznaczyć prawą część średnicy dG ze wzoru:

0x01 graphic
0x01 graphic
= 0,4694285 mm 0x01 graphic
= 0,004343 mm

dG = (0,469±0,004)mm


Wyszukiwarka