LABORATORIUM FIZYKI II			Ćwiczenie nr: 15
Wydział: VIP	Grupa:	Zespół: 3	Data wykonania:
Nazwisko i imię:			Ocena	Przygotowanie:
Sprawozdanie przyjęto:	Data:	Podpis:
									Zaliczenie
Prowadzący:

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

1. Laser helowo-neonowy emituje w sposób ciągły wiązkę światła spójnego. Ośrodkiem czynnym jest mieszanina helu i neonu. W szklanej rurze są dwie elektrody dołączone do zasilacza wysokiego napięcia. Rura zakończona jest dwiema płytkami szklanymi ustawionymi pod kątem Brewstera do wiązki świetlnej. Zastosowanie płytek ustawionych pod kątem Brewstera powoduje otrzymanie wiązki spolaryzowanej liniowo i eliminuje straty powstające przy przechodzeniu światła od rury do zwierciadeł.

2. Dioda elektroluminescencyjna wykonana jest z półprzewodnika, w którym zachodzą przejścia promieniste, po spolaryzowaniu w kierunku przewodnika emituje światło. Promieniowanie diod elektroluminescencyjnych nie jest spójne, ale zawarte w pewnym paśmie, które jest tym większe im większy jest udział promieniowania wymuszonego. Emitowane na zewnątrz diody światło tworzy wiązkę, której kształt zależy od budowy diody, wartości płynącego prądu i stosunku emisji spontanicznej do wymuszonej. Wiązka jest dodatkowo formowana za pomocą soczewki.

I. W pierwszej części ćwiczenia badaliśmy rozkład natężenia wiązki światła laserowego. Stanowisko pomiarowe składało się z następujących części:

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 badanie natężenia światła wiązki po dwóch jej średnicach: pionowej (x) i poziomej (y). Odczytu wiązki światła dokonywaliśmy co: ∆=0,15 mm dla osi x i ∆=0,14 mm dla osi y.

Wyniki pomiarów natężenia światła podane są w tabeli poniżej :

Gdzie y jest stałą niezmienną wartością y=13,1:

U[V]	6	17	110	157	192	213	220	203	171	130	38
x[mm]	10,82	10,97	11,12	11,27	11,42	11,57	11,72	11,87	12,02	12,17	12,32

Gdzie x jest stałą niezmienną wartością x=11,8:

U[V]	6	18	82	151	182	205	212	204	183	155	85	12
y[mm]	12,23	12,37	12,51	12,65	12,79	12,93	13,07	13,21	13,35	13,49	13,63	13,77

Wykres U=f(x) dla wiązki emitowanej przez laser.

Wykres U=f(y)dla wiązki emitowanej przez laser.

Średnice wiązki w dwóch płaszczyznach możemy wyznaczyć bezpośrednio z definicji, 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.

Punkt o współrzędnych (x₀,y₀) - środek wiązki dla lasera: x₀=11,8

y₀=13,1

Dla x:

U_MAX= 220V e=2,71

V_k=V_MAX/e² V_k= 30 V

Ф = 1,3 ± 0,15 [mm]

Dla y:

U_MAX=212V e=2,71

V_k=V_MAX/e² V_k=29 V

Ф = 1,4 ± 0,16 [mm]

Wykres zależności ln[V(x)/V₀] w funkcji (x-x₀)²

Wykres zależności ln[V(x)/V₀] w funkcji (y-y₀)²

Wykresy dla ln[V(x)/V₀] w funkcji (x-x₀)² i ln[V(x)/V₀] w funkcji (y-y₀)² powinny być liniami prostymi.

II. W drugiej części ćwiczenia zajmowaliśmy się badaniem natężenia wiązki światła diody elektroluminescencyjnej. Pomiar wyglądał analogicznie do pomiaru lasera. Odczytu natężenia wiązki dokonywaliśmy co: ∆=0,18 mm dla osi x i ∆=0,17 mm dla osi y.

Powyżej przedstawiony schemat układu pomiarowego:

Poniżej tabela z wynikami pomiarów :

Gdzie y jest stałą niezmienną wartością y=6,81:

U[V]	54	66	70	86	101	139	188	191	189	188	217	250
x[mm]	4,05	4,23	4,41	4,59	4,77	4,95	5,13	5,31	5,49	5,67	5,85	6,03
U[V]	276	304	329	353	366	373	365	355	354	355	372	392
x[mm]	6,21	6,39	6,57	6,75	6,93	7,11	7,29	7,47	7,65	7,83	8,01	8,19
U[V]	423	391	330	279	258	226	196	138	103	82	62	61
x[mm]	8,37	8,55	8,73	8,91	9,09	9,27	9,45	9,63	9,81	9,99	10,17	10,35
U[V]	56	53	54	54
x[mm]	10,53	10,71	10,89	11,87

Gdzie x jest stałą niezmienną wartością x=8,26:

U[V]	50	51	52	53	55	61	67	77	103	136	192	224
y[mm]	2,15	2,32	2,49	2,66	2,83	3	3,17	3,34	3,51	3,68	3,85	4,02
U[V]	216	228	256	294	353	402	421	371	355	346	339	356
y[mm]	4,19	4,36	4,53	4,7	4,87	5,04	5,21	5,38	5,55	5,72	5,89	6,06
U[V]	369	402	405	348	292	244	217	216	197	156	103	88
y[mm]	6,23	6,4	6,57	6,74	6,91	7,08	7,25	7,42	7,54	7,76	7,93	8,1
U[V]	63	55	56	56	53	54	52
y[mm]	8,27	8,44	8,61	8,78	8,95	9,12	9,29

Wykres U=f(x) dla wiązki świetlnej emitowanej przez diodę elektroluminescencyjna.

Wykres U=f(y) dla wiązki świetlnej emitowanej przez diodę elektroluminescencyjną.

Średnicę wiązki w tym przypadku wyznacza się, dzieląc maksymalne wartości napięcia Vmax przez e², a następnie odczytując odpowiadające tym wartościom współrzędne.

Zatem średnica wiązki w kierunku osi X:

U max=423 V

Ud =U max /e² = 57 V

Ф = 6,1 ± 0,18 [mm]

Średnica wiązki w kierunku osi Y:

U max =421 V

U_d =U_max/e² = 57 V

Ф = 5,1 ± 0,17 [mm]

Błędy podczas doświadczeń:

Przyrządy używane przez nas do prowadzenia doświadczeń były rozregulowane, bądź wyeksploatowane podczas doświadczeń poprzednich grup. Wskazania na woltomierzu cyfrowym skakały w przedziale do 10 jednostek przy badaniach wiązki światła lasera, przy diodzie elektroluminescencyjnej nawet powyżej 10 jednostek, co utrudniało dokładne odczytanie wyników, a także sporządzenia odpowiednich wykresów.

Wnioski:

W przypadku lasera helowo-neonowego mieliśmy do czynienia z rozkładem bardzo przybliżonym do rozkładu Gaussowskiego, podczas gdy dla diody elektroluminescencyjnej rozkład taki nie miał miejsca , jest bardzo nieregularny (pojawiły się dwa maksima pomiarów ).

W przypadku wiązki laserowej otrzymany rozkład napięcia ,w zależności od współrzędnych x i y był raczej wąski i wysoki co świadczy o tym, że wiązka światła była spójna. Za tym faktem przemawia również sam sposób tworzenia się wiązki laserowej tj. wiązki powstającej na skutek emisji wymuszonej, dla której natężenie, częstotliwość, faza i polaryzacja są ściśle określone.

W przypadku diody elektroluminescencyjnej wykres posiadał schodki ( dwa maxima). Rozkład był raczej szeroki i niski, co świadczy o tym, że wiązka ta nie posiada już tak dobrej spójności jak wiązka światła lasera. Emisja ma charakter spontaniczny i wiązka formowana jest jedynie przez soczewkę, która jest odlewem z tworzywa. Wiązka rozszerza się znacznie w funkcji odległości od źródła, co jednocześnie jest powodem, aby twierdzić, że w miarę oddalania się od diody elektroluminescencyjnej maleje jej moc i natężenie.

7

wip.siek.net

---