Teplota, [ C] I th, [ma] a, [V/mA] 7 33,1 0,19 10 34,3 0,22 20 38,5 0,19 30 45,5 0,17 40 57,7 0,15 50 67,9 0,15



Podobné dokumenty
Měření Planckovy konstanty

Název: Pozorování a měření emisních spekter různých zdrojů

Základním praktikum z optiky

Emisní spektra různých zdrojů. Sestrojit jednoduchý spektroskop.

Vítězslav Bártl. květen 2013

Abstrakt. fotodioda a fototranzistor) a s jejich základními charakteristikami.

Zeemanův jev. Pavel Motal 1 SOŠ a SOU Kuřim, s. r. o. Miroslav Michlíček 2 Gymnázium Vyškov

Vyzařování černého tělesa, termoelektrický jev, závislost odporu na teplotě.

Vypracoval. Jakub Kákona Datum Hodnocení

Úspora energie v naší škole

λ hc Optoelektronické součástky Fotorezistor, Laserová dioda

Měření fotometrických parametrů světelných zdrojů

Úloha č.: XVII Název: Zeemanův jev Vypracoval: Michal Bareš dne Posuzoval:... dne... výsledek klasifikace...

1. Co je to noční vidění?

Světlo vyzařující dioda, též elektroluminiscenční dioda či LED, je elektronická polovodičová součástka obsahující přechod P-N.

R10 F Y Z I K A M I K R O S V Ě T A. R10.1 Fotovoltaika

PRAKTIKUM IV Jaderná a subjaderná fyzika

2 Nd:YAG laser buzený laserovou diodou

Základní praktikum laserové techniky

Základním praktikum z laserové techniky

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ELEKTROENERGETIKY

Úloha 15: Studium polovodičového GaAs/GaAlAs laseru

Měření fotometrických parametrů světelných zdrojů

1 Úvod. 2 Pom cky. 3 Postup a výsledky. 3.1 M ení p enosové funkce ve frekven ní oblasti

Úloha č. 1: CD spektroskopie

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 4: Balmerova série vodíku. Abstrakt

Vycházím se studijního textu k fyzikálnímu praktiku [1]. Existují různé možnosti, jak měřit svítivost

ELEKTRICKÝ PROUD V PLYNECH

Experimentální analýza hluku

Infračervená spektroskopie

Optika v počítačovém vidění MPOV

9. MĚŘENÍ TEPELNÉ VODIVOSTI

Radioterapie. X31LET Lékařská technika Jan Havlík Katedra teorie obvodů

Fraunhofferova difrakce

1. Proveďte energetickou kalibraci gama-spektrometru pomocí alfa-zářiče 241 Am.

R F = (U 0 Uz)R z U z

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Charakteristiky optoelektronických součástek

Praktikum III - Optika

Hranolový spektrometr

Dokumentace projektu. Fotoluminiscence. Autorky: Kateřina Limburská, Tereza Fleková Vedoucí projektu: Zdeněk Polák

Fyzikální praktikum 1

Amatérská videokamera jako detektor infra erveného zá ení

Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická Božetěchova 3, Olomouc Laboratoře elektrotechnických měření

2. Pomocí Hg výbojky okalibrujte stupnici monochromátoru SPM 2.

Laboratorní práce ve výuce fyziky

Praktikum II Elektřina a magnetismus

RUZNYCH DRUHU ZÁRENí

Spektrální analyzátor Ocean optics

Spektrální charakteristiky fotodetektorů

Molekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS

Zobrazovací technologie

Měření rozložení optické intenzity ve vzdálené zóně

Relativní chybu veličiny τ lze určit pomocí relativní chyby τ 1. Zanedbáme-li chybu jmenovatele ve vzorci (2), platí *1+:

IDENTIFIKACE LÉČIVA V TABLETÁCH POMOCÍ RAMANOVY SPEKTROMETRIE

MĚŘENÍ PLANCKOVY KONSTANTY

Graf I - Závislost magnetické indukce na proudu protékajícím magnetem. naměřené hodnoty kvadratické proložení. B [m T ] I[A]

2 (3) kde S je plocha zdroje. Protože jas zdroje není závislý na směru, lze vztah (5) přepsat do tvaru:

5. Měření výstupní práce elektronu při fotoelektrickém jevu

Studium kladného sloupce doutnavého výboje pomocí elektrostatických sond: jednoduchá sonda

4. STANOVENÍ PLANCKOVY KONSTANTY

SNÍMAČE. - čidla, senzory snímají měří skutečnou hodnotu regulované veličiny (dávají informace o stavu technického zařízení).

ABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY

Fyzika Pracovní list č. 7 Téma: Měření závislosti intenzity osvětlení na čase Mgr. Libor Lepík Student a konkurenceschopnost

v Praze Senzorové systémy Sledování polohy slunce na obloze Ondřej Drbal 5. ročník, stud. sk. 9

Elektronová mikroskopie v materiálovém výzkumu

Katedra fyzikální elektroniky. Jakub Kákona

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Hmotnostní spektrometrie

2. Pasivní snímače. 2.1 Odporové snímače

ÚSTAV ORGANICKÉ TECHNOLOGIE

Praktikum III - Optika

Mikrovlny. 1 Úvod. 2 Použité vybavení

Elektronické praktikum EPR1

PRAKTIKUM IV Jaderná a subjaderná fyzika

5.3.3 Interference na tenké vrstvě

Přednášky z lékařské přístrojové techniky

ELEKTRICKÝ PROUD V POLOVODIČÍCH

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

PROTIHLUKOVÁ STĚNA Z DŘEVOCEMENTOVÝCH ABSORBČNÍCH DESEK

1. Změřte voltampérovou charakteristiku vakuové diody (EZ 81) pomocí zapisovače 4106.

25 A Vypracoval : Zdeněk Žák Pyrometrie υ = -40 C C. Výhody termovize Senzory infračerveného záření Rozdělení tepelné senzory

4. Z modové struktury emisního spektra laseru určete délku aktivní oblasti rezonátoru. Diskutujte,

Spektroskopické metody. převážně ve viditelné, ultrafialové a blízké infračervené oblasti

Měření vlastností optických vláken a WDM přenos

6A. Měření spektrálních charakteristik zdrojů optického záření

Elektronická laserová harfa

Složené kmitání. Mechanické kmitání a vlnění

Měření vlastností optického vlákna

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Metodický list - Coach

OPTIKA Fotometrie TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

LED žárovky. Současnost a budoucnost patří LED žárovkám. Výhody LED žárovek. Nevýhody LED žárovek

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Mikrovlny

Detektory záření. Projektová dokumentace

1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin.

8. Operaèní zesilovaèe

Měření výstupní práce elektronu při fotoelektrickém jevu

2. kapitola: Přenosová cesta optická (rozšířená osnova)

Návod pro laboratoř oboru Nanomateriály. Příprava a vlastnosti nanočástic kovů deponovaných do kapaliny

Úloha č. 8 Vlastnosti optických vláken a optické senzory

Transkript:

Název a číslo úlohy Zdroje optického záření a jejich vlastnosti Datum měření 25.2.2014 Měření provedli Lucie Těsnohlídková, Alina Pranovich Vypracovala A. Pranovich Datum Hodnocení Provedly jsme měření vybraných charakteristik některých zdrojů optického záření jako jsou laserová dioda (LD), LED dioda, žárovka, zářivka. Měření bylo provedeno podle návodu k úloze. Proměřily jsme emisní a reflexní spektra některých zdrojů a pokusily jsme se vysvětlit některé jevy. Postup a výsledky měření jsou obsaženy v tomto protokolu. Laserová dioda Pro práci s laserovou diodou je nejprve potřeba ji správně zapojit do pouzdra. Učinily jsme tak podle dokumentace. Dále jsme laserovou diodu připojily ke zdroji. Vyzkoušely jsme funkce zdroje a dále jsme nastavením hodnoty proudu uvedly laserovou diodu do provozu. Činnost laserové diody je dvoufázová: emituje světlo i při nižších hodnotách proudu, po dosažení prahového proudu začíná generace laserového záření. Laserovou diodu jsme zkalibrovaly podle návodu v režimu výkonu na zdroji. Pro měření výkonu laserové diody jsme použily detektor, který jsme umístily do vzdálenosti cca 15 cm, abychom předešly saturaci detektoru. Při takovém uspořádání jsme samozřejmě mohly změřit pouze určitou část optického výkonu. Pokusily jsme se převést údaje z detektoru ve voltech na skutečnou hodnotu celého výkonu ve wattech. Pro tento účel jsme zaznamenávaly nejenom data z detektoru (na multimetru), ale i výkon zaznamenaný fotodiodou zapojenou do pouzdra. Relativní závislost optického výkonu na proudu pro několik různých hodnot teploty laserové diody je uvedena na obr.1. Lineární část této závislosti jsme nafitovaly lineární funkcí a dosazením nulové hodnoty výkonu jsme určovaly hodnoty prahového proudu pro každou teplotu. Z výsledků fitu jsme také použily hodnotu sklonu přímky (diferenciální účinnost). Hodnoty prahových proudů a diferenciální účinnosti pro různé teploty jsou v tabulce 1 Tab. 1: Závislost prahového proudu I th a diferenciální účinnosti a na teplotě Teplota, [ C] I th, [ma] a, [V/mA] 7 33,1 0,19 10 34,3 0,22 20 38,5 0,19 30 45,5 0,17 40 57,7 0,15 50 67,9 0,15 Pokusily jsme se převést hodnoty částečného výkonu ve voltech na hodnoty celkového výkonu v mw. Závislost výkonu zaznamenaného fotodiodou na hodnotách částečného výkonu zaznamenaného fotodetektorem je na obr. 2. Tuto závislost jsme nafitovaly lineární funkcí. Výsledky fitu jsme použily pro výpočet celkového optického výkonu. Výsledek je na obr. 3 1

Obr. 1: Závislost optického výkonu laserové diody na proudu diodou pro různé teploty diody Obr. 2: Závislost výkonu zaznamenaného fotodiodou na hodnotách částečného výkonu zaznamenaného fotodetektorem Měření úhlových vyzařovacích charakteristik laserové diody Pouzdro s laserovou diodou jsme umístily na stojánek, ke kterému byl připevněn úhloměr. Naproti laserové diodě jsme opět umístily detektor. Postupně jsme pouzdro s laserovou diodou otáčely, poloha detektoru byla konstantní. Zaznamenávaly jsme detekovanou in- 2

Obr. 3: Závislost optického výkonu laserové diody na proudu diodou pro různé teploty diody tenzitu (ve voltech). Toto měření jsme prováděly ve dvou směrech: vertikálním a horizontálním. Výsledky jsou uvedeny v grafech na obr. 4 a obr. 5 Obr. 4: Úhlová vyzařovací charakteristika laserové diody v příčném poli Měření emisních spekter Měření emisních spekter jsme prováděly pomocí spektrometru a sondy. Spektrometr jsme připojily k počítači, na němž jsme v pomocném programu SpectralSuite mohly pozorovat 3

Obr. 5: Úhlová vyzařovací charakteristika laserové diody v podélném poli spektra. Jeden konec sondy jsme připojily ke spektrometru, druhý jsme upevnily tak, aby na něj dopadala malá část světla ze zdroje optického záření. Z naměřených spekter jsme pak určovaly centrální vlnovou délku a šířku spektrální čáry. Laserová dioda Závislost polohy a šířky spektrální čáry na výkonu a teplotě jsou v tabulkách 2 a 3 a na obr. 6. Tab. 2: Závislost polohy λ t a šířky spektrální čáry λ t na teplotě Teplota, [ C] λ t, [nm] λ t, [nm] 10 634,8 1,3 20 636,3 1,3 30 638,0 1,4 40 639,5 1,4 50 642,2 1,3 4

Obr. 6: Závislost polohy spektrální čáry na teplotě Obr. 7: Závislost šířky spektrální čáry na teplotě Tab. 3: Závislost polohy λ v a šířky spektrální čáry λ v na výkonu Výkon, [mw] λ v, [nm] λ v, [nm] 1 637,4 1,2 2 637,6 1,2 3 637,6 1,3 4 637,6 1,3 5 637,8 1,3 6 638,1 1,3 7 638,1 1,3 8 5638,1 1,3 9 638,6 1,3

Obr. 8: Závislost polohy spektrální čáry na výkonu Obr. 9: Závislost šířky spektrální čáry na výkonu 6

Emisní spektra dalších zdrojů optického záření Zachovaly jsme uspořádání podle předchozího bodu, pomocí programu jsem pozorovaly spektra dalších zdrojů optického záření. LED dioda Obr. 10: Spektrum LED diody U spektra LED diody můžeme pozorovat dva výrazné píky. První pík odpovídá vlastnímu záření, druhý pík odpovídá sekundární fosforescenci. Záření "bílým světlem"je právě dosaženo kvůli překrytí obou záření na různých vlnových délkách. Ze spektra jsme určily obě hlavní vlnové délky. Vlnová délka vlastního záření je 449,5 nm, šířka spektrální čáry je 19.1 nm. Vlnová délka sekundární fosforescence je 548.2 nm, šířka spektrální čáry je 115.33 nm. Zářivka Zářivka je nízkotlaká rtuťová výbojka. Tvoří ji zářivkové těleso, jehož základem je nejčastěji dlouhá skleněná trubice se žhavícími elektrodami, naplněná rtuťovými parami a argonem. V nich nastává doutnavý výboj, který ale září převážně v neviditelné ultrafialové oblasti. Toto záření dopadá na stěny trubice, které jsou obvykle pokryty luminoforem. Tato látka absorbuje ultrafialové záření a sama září ve viditelné oblasti. Zářivka tak svítí. Spektrum zářivky na obr. 11 obsahuje několik píků, jejichž hodnoty jsou vyneseny do tabulky 4. 7

Obr. 11: Spektrum zářivky Tab. 4: Hlavní píky spektra zářivky vlnová délka, [nm] intenzita, [a.u.] 403.59 807 434.73 1626 485.14 1328 544.60 7260 582.18 1610 591.74 1907 610.05 12599 629.60 2048 649.10 1004 707.56 1033 Žárovka Žárovka funguje na principu vyzařování absolutně černého tělesa. Tenký kovový (ve většině případů wolframový) drát je zahříván elektrony. Žárovky vyzařují světlo podobné dennímu, avšak vzhledem k tomu, že wolfram je selektivní zářič, světlo vyzařované žárovkou je vnímáno lidským okem o něco žlutší. Spektrum žárovky na obr. 12 obsahuje dva zjevné píky s vlnovými délkami ve viditelném záření 544.8 nm a 610.1 nm. Reflexní spektra Pro měření reflexních spekter jsme v experimentální sestavě z předešlého bodu zaměnily vlákno na reflexní sondu. S principem reflexní sondy jsme se seznámily v návodu k úloze. Referenční spektrum jsme obdržely osvětlováním bílého papíru. Snímaly jsme reflexní spektra barevných čar, které byly nakresleny zvýrazňovacím fixem. Vlnové délky, 8

Obr. 12: Spektrum žárovky na kterých reflektivita byla maximální odpovídala barvám, ku podivu ale reflektivita v maximech byla větší než 100 procent. Nešlo avšak o vadu spektroskopu ani programu. Zvýrazňovače mají nepřirozenou barvu právě proto, že inkoust obsahuje fluorescenční látky. Jak je vidět ze spekter na obr. 13 a obr. 14, před píkem reflexe můžeme pozorovat absorpci. Odpovídá to principu fluorescenčních látek. Obr. 13: Reflexní spektrum jadovatě oranžového fleku 9

Obr. 14: Reflexní spektrum jadovatě žlutého fleku Závěr a diskuze Naměřily jsme optický výkon laserové diody na proudu (obr. 1 a 3). V oblasti generace laserového záření je tato závislost lineární, jak jsme očekávaly. Z naměřených závislostí jsme určily hodnoty prahového proudu pro různé teploty (tab. 1) Naměřily jsme úhlové vyzařovací charakteristiky laserové diody (tab. 4 a tab. 5) Pomocí spektroskopu jsme naměřily spektrum laserové diody a dalších zdrojů optického záření. U laserové diody jsme také určily polohu a šířky spektrální čáry v závislosti na teplotě a výkonu (tab. 2 a tab. 3, obr. 6-9) Naměřily jsme reflexní spektra. Pokusily jsme se vysvětlit reflexi více než 100 % zvýrazňovačů. Reference [1] Návod k úloze http://optics.fjfi.cvut.cz/files/pdf/zpop_06.pdf [2] Wikipedia. 10