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