Физика: Методические указания к лабораторным работам (Эффект Холла в полупроводниках . Измерение температуры нагретых тел с помощью радиационного пирометра. Изучение работы оптического квантового генератора (лазера). Исследование люминесценции кристаллофосфоров), страница 13

Приборы и принадлежности: исследуемый порошковый люминофор (сульфид цинка с примесью меди: ZnS-Сu); источник засветки люминофора (светодиод с максимумом излучения на длине волны 410 нм); приемник излучения люминофора (фоторезистор); микроамперметр (используется комбинированный прибор ЭЛЕКТРОНИКА ММЦ-01 в режиме измерения тока с пределом до 2 мА); универсальный блок питания и сопряжения с персональным компьютером излучателя и приемника излучения (блок изготовлен в виде отдельного переносного устройства, включаемого в розетку с напряжением 220 В и частотой 50 Гц; на лицевой панели блока имеется надпись «УБПС-1»); секундомер; персональный компьютер (используется только при проведении измерений в автоматическом режиме).

Описание экспериментальной установки

Телепин Алексей Вадимович

 

Телепин Алексей Вадимович

 
Блок-схема оптической части экспериментальной установки показана на рис. 2. На схеме цифрой 1 обозначен источник засветки люминофора (светодиод с максимумом излучения на длине волны 410 нм); цифрой 2 – тонкий слой кристаллического порошка сульфида цинка, помещенного между двумя круглыми кварцевыми стеклами (имеет вид тонкого диска светло-зеленого цвета); цифрой 3 – приемник фотолюминесценции кристаллофосфора (фоторезистор); буквой R – расстояние между светодиодом и люминофором (это расстояние может меняться посредством смены тубуса, который имеет два фиксированных значения: R1 = 125 мм и R2 = 250 мм). Поскольку в работе используется обычный светодиод с максимумом излучения на длине волны 410 нм, то возбуждения кристаллофосфора типа «зона – зона» не происходит.

Внешний вид всей экспериментальной установки схематически приведен на рис. 3.

Универсальный блок питания и сопряжения с персональным компьютером «УБПС-1» на передней панели имеет тумблер переключения между двумя режимами работы: «РУЧН.» (ручной режим работы – измерения производятся путем считывания показаний комбинированного прибора ЭЛЕКТРОНИКА ММЦ-01 в режиме измерения тока с пределом до 2 мА) и «АВТОМ.» (запись результатов измерений происходит автоматически на жесткий диск персонального компьютера, а на мониторе компьютера отображаются результаты этих измерений).


Универсальный блок питания и сопряжения с персональным компьютером «УБПС-1» на передней панели имеет тумблер переключения между двумя режимами работы: «РУЧН.» (ручной режим работы – измерения производятся путем считывания показаний комбинированного прибора ЭЛЕКТРОНИКА ММЦ-01 в режиме измерения тока с пределом до 2 мА) и «АВТОМ.» (запись результатов измерений происходит автоматически на жесткий диск персонального компьютера, а на мониторе компьютера отображаются результаты этих измерений).

На передней панели имеется кнопка «Засветка», при нажатии на которую подается напряжение питания на светодиод, и он начинает облучать люминофор. При отпускании кнопки облучение люминофора прекращается, а на персональный компьютер поступает сигнал начала записи измерений на жесткий диск.

Светодиод встроен в отдельный цилиндрический корпус (на корпусе имеется надпись «ИЗЛУЧАТЕЛЬ»), установленный на подставке. Светодиод подсоединен к блоку «УБПС-1» слева с помощью отдельного шнура. Исследуемый люминофор и приемник излучения люминофора (фотосопротивление) встроены в другой отдельный цилиндрический корпус (на корпусе имеется надпись «ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ»).

Фотосопротивление подсоединено к блоку «УБПС-1» справа с помощью своего отдельного шнура. Разъемы для подключения светодиода и фотосопротивления различны по форме и размеру и перепутать их невозможно.

Цилиндрические корпуса с названиями «ИЗЛУЧАТЕЛЬ» и «ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ» соединены между собой с помощью сменного тубуса. На каждом сменном тубусе имеется надпись с указанием его длины и начального тока, соответствующего этому тубусу (например: R1 = 125 мм, I0 = 500 мкА или R2 = 250 мм, I0 = 250 мкА).

Микроамперметр (в данной работе используется комбинированный прибор ЭЛЕКТРОНИКА ММЦ-01 в режиме измерения тока с пределом до 2 мА) подключается к блоку «УБПС-1» снизу с помощью двух отдельных проводов (провода для выполнения работы выдаются лаборантом).

Для выполнения работы в автоматическом режиме на блоке «УБПС-1» вверху имеется разъем под названием «com», который с помощью специального шлейфа подключается к персональному компьютеру, а вместо комбинированного прибора ЭЛЕКТРОНИКА ММЦ-01 к блоку «УБПС-1» подключается перемычка.

Порядок выполнения работы и расчет ошибок измерений

I Ручной режим измерения (без использования компьютера)

1. Подключить блок «УБПС-1» с помощью шнура к электрической сети 220 В, 50 Гц. Установить тумблер переключения между двумя режимами работы: «РУЧН.» и «АВТОМ.» в положение «РУЧН.».

2. С помощью двух проводов (провода для выполнения работы выдаются лаборантом) подключить к блоку «УБПС-1» микроамперметр (в данной работе в качестве микроамперметра используется комбинированный прибор ЭЛЕКТРОНИКА ММЦ-01 в режиме измерения тока с пределом до 2 мА).

3. Установить первый сменный тубус (R1 = 125 мм, I0 = 500 мкА) и, не нажимая кнопку «ЗАСВЕТКА», измерить темновой ток фоторезистора.

4. Нажать кнопку «ЗАСВЕТКА» и, не отпуская ее, освещать кристаллофосфор 3 мин (промежуток времени, за который возбуждение данного люминофора доходит до насыщения).

5. Отпустить кнопку «ЗАСВЕТКА», одновременно включив секундомер. Отсчитав по секундомеру 10 секунд с момента отпускания кнопки, начать снимать показания микроамперметра. Провести подобные измерения не менее пяти раз, полученные данные занести в таблицу 1.

6. Повторить действия, описанные в пп. 4 и 5 при увеличении расстояния между кристаллофосфором и светодиодом до R2 (для этого необходимо установить вместо первого сменного тубуса второй с R2 = 250 мм).

7. Если темновым током фоторезистора нельзя пренебречь, получить истинное значение фототока, вычтя из измеряемых показаний микроамперметра величину темнового тока (IТЕМН).