Instytut Fizyki Politechniki Śląskiej

Laboratorium Czujników Światłowodowych

1

Spektrometry – budowa i zasada działania. Skalowanie

spektrometru światłowodowego. Typowe pomiary.

Opracował: 

Zbigniew Opilski

Cel  ćwiczenia:  Zapoznanie  się  z  budową  oraz  zasadą  działania  spektrometru.

Skalowanie spektrometru. Pomiary widm emisyjnych i absorpcyjnych.

1.

  Budowa układu pomiarowego

Układ  pomiarowy  zawiera  spektrometr  światłowodowy,  spektralne  źródła  światła,
żarowe  źródło  światła  oraz  filtry  optyczne.  Spektrometr  podczas  pracy  wymaga
połączenia z komputerem.

2.

  Zagadnienia

1.

  Budowa i zasada działania spektrometru [1].

3.

  Literatura

 [1] Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, cześć IV, Optyka

1.

  Przebieg ćwiczenia

1.

  Zapoznać się z budową układu pomiarowego

2.

  Uruchomienie układu

a.

  Prowadzący podłącza spektrometr światłowodowy do komputera

b.

  Uruchomić  komputer  oraz  spektrometr  światłowodowy  i  jego

oprogramowanie

c.

  Zapoznać  się  z  działaniem  spektrometru  światłowodowego  oraz

oprogramowaniem sterującym jego pracą

3.

  Skalowanie spektrometru

a.

  Włączyć lampę spektralną, poczekać na jej rozgrzanie się.

b.

  Uruchomić program obsługujący pomiar.

c.

  Przeprowadzić  kilka  pomiarów  widma  mających  na  celu  ustalenie

warunków naświetlania (czasu ekspozycji).

d.

  Zmierzyć  i  zanotować  położenie  linii  widmowych  wyrażone  w

pikselach.  Pomiar  powinien  odbywać  się  w  połowie  wysokości  linii

Instytut Fizyki Politechniki Śląskiej

Laboratorium Czujników Światłowodowych

2

widmowej. Do identyfikacji linii widmowych wykorzystać informacje
zamieszczone poniżej

e.

  Punkty c i d wykonuje każda osoba z sekcji używając lampy sodowej i

kadmowej

f.

  Wyznaczyć współczynniki dopasowania liniowego wiążącego długość

fali oraz położenie wyrażone w pikselach

λ = a * piksel + b,

      oraz niepewności a oraz b

Lampa  sodowa  pozwala  zarejestrować  tzw.  dublet  sodowy:  λ

1 

=  588.995

nm  oraz  λ

2 

=  589.592  nm.  Ze  względu  na  zbyt  małą  rozdzielczość

spektrometru obie linie widoczne są jako jedna.

4.

  Pomiar transmitancji i absorbancji widmowej filtrów

a.

  Uruchomić program obsługujący spektrometr.

b.

  Włączyć lampę żarową

c.

  Przeprowadzić  kilka  pomiarów  widma  mających  na  celu  ustalenie

warunków naświetlania (czasu ekspozycji).

d.

  Wykonać pomiar normujący (zarejestrować widmo źródła światła oraz

prąd ciemny linijki CCD spektrometru)

e.

  Dokonać  pomiarów  transmitancji  (absorbancji)  filtrów  znajdujących

na  wyposażeniu  ćwiczenia.  Zapisać  kolejne  wyniki  pomiarów  w
zbiorach.

5.

  Wyznaczanie  współczynnika  absorpcji  oraz  ekstynkcji  materiału,  z  którego

wykonano filtr

a.

  Zmierzyć grubość pojedynczego filtru (zielonego)

λ=467.8nm

λ=480nm

λ=508.9nm

λ=646.5nm

λ=361.051nm

Widmo lampy kadmowej

Instytut Fizyki Politechniki Śląskiej

Laboratorium Czujników Światłowodowych

3

b.

  Ustalić  ilość  pomiarów  ewolucji  widma  równą  ilości  filtrów  oraz

odstępy czasu pomiędzy pomiarami (ok. 10s)

c.

  Włączyć  rejestrację  ewolucji  widma  spektrometru,  dokładając  przed

kolejnymi pomiarami kolejne filtry

d.

  Wyniki pomiarów transmitancji oraz absorbancji zapisać w zbiorach

e.

  Korzystając  z  możliwości  analizy  „ewolucji  w  pasmach”  wyznaczyć

zmiany  transmitancji  oraz  absorbancji  dla  kilku  wybranych  długości
fali. Wyniki zapisać w zbiorach

f.

  Korzystając  z  zapisanych  wyników  zmian  transmitancji  w  funkcji

grubości  absorbenta,  wyznaczyć  współczynnik  absorpcji  oraz  jego
niepewność  pamiętając,  że:  I(d)=I

0

e

-a*d

;  gdzie:  a-współczynnik

absorpcji, d-grubość absorbenta

g.

  Korzystając  z  zapisanych  wyników  zmian  absorbancji  w  funkcji

grubości  absorbenta,  wyznaczyć  współczynnik  absorpcji  oraz  jego
niepewność pamiętając, że mierzona absorbancja to: A=log

10

[I

0

/I(d)]

h.

  Porównać otrzymane wyniki przeprowadzając test wartości średnich

i.

  Otrzymane wyniki przeliczyć na współczynnik ekstynkcji pamiętając,

że:  I(d)=I

0

10

-a’*d

;  gdzie:  a’-współczynnik  ekstynkcji,  d-grubość

absorbenta

Powodzenia