Изучение типов оптических фильтров. Измерение максимального пропускания и полуширины полосовых и узкополосных фильтров

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ  И  НАУКИ  РФ

КАЗАНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

по курсу  «Квантовая и оптическая электроника»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШИРИНЫ ПОЛОСОВОГО (УЗКОПОЛОСНОГО) ФИЛЬТРА

                                                     Выполнил:

                                                                  студент группы ВПЭ-1-06

                                                                  Шайхутдинов М.И.

                                                                  Преподаватель: Иванова В.Р.

Казань, 2010 г.

Цель работы

Изучить типы оптических фильтров. Научиться измерять максимальное пропускание и полуширину полосовых и узкополосных фильтров.

3.1. Теоретическая часть

Выделение необходимой области спектра достигается введением в прибор фильтра, пропускающего спектральную полосу заданной ширины. При этом тип фильтра зависит от решаемой задачи. Если длинноволновая граница прозрачности формируется приемником излучения, то используются фильтры, блокирующие коротковолновую часть спектра излучения до тре­буемой границы прозрачности со стороны коротких длин волн. Это так назы­ваемые «отрезающие» или блокирующие фильтры. В качестве подобных фильтров используются цветные стекла, (например, см. лабораторную рабо­ту № 2). Часто возникает и обратная ситуация, когда необходимо убрать длинноволновую часть спектра излучения и пропустить коротковолновую. Решение этой задачи также находят в классе блокирующих фильтров. Если необходимо обеспечить резкие границы прозрачности без учета границ чув­ствительности приемника, то используются полосовые фильтры.

Выделение заданной полосы из всего спектра падающего излучения осуществляется полосовыми фильтрами. Ширина полосы спектра, выде­ляемая фильтром, определяется задачами, решаемыми прибором, и может быть как малой, так и достаточно большой. Характерной особенностью поло­совых фильтров является форма полосы прозрачности, которая близка к пря­моугольной. В качестве примера форма полосы пропускания полосового Фильтра приводится на рис. 3.1. Из рисунка видно, что прозрачность фильтра в полосе пропускания имеет осциллирующий характер. Число осцилляции зависит от конкретной структуры фильтра и равно числу резонансных слоев в системе. Поэтому одной из важнейших характеристик фильтра является его среднее значение величины прозрачности в полосе пропускания.

Второй важнейшей характеристикой является ширина полосы пропус­кания фильтра на уровне половины среднего значения. Третья характеристи­ка определяет форму полосы пропускания и определяется как отношение ширины полосы на уровне 0.9 T_ср к ширине полосы на уровне 0.1 Т_ср. Эта ха­рактеристика описывает крутизну подъема пропускания фильтра. В некото­рых старых работах эта характеристика разбивалась на две и определялась как отношение положений уровня пропускания 0.9 T_ср к 0.1 T_ср с коротковол­новой и длинноволновой сторон. Эти характеристики полностью описывают оптические свойства полосового фильтра.

При дальнейшем уменьшении полосы прозрачности можно получить еще один тип фильтра - узкополосный фильтр. Узкополосные фильтры служат для выделения из сплошного спектра излучения узкой полосы, шири­на которой не более 0.01λ0, где λ0- центральная длина волны выделяемой полосы. В отличие от монохроматоров, имеющих большие габариты пропускающих лишь пучки небольшого сечения, соответствующие выходной щели, узкополосные фильтры позволяют пропускать пучки большого сечения, что даёт возможность эффективно использовать их в приборостроении и получать изображения протяжённых объектов в монохроматическом свете.

3.2. Практическая часть

Задание:

1.  Определить полуширину полосового или узкополосного фильтра, выданного преподавателем.

Порядок выполнения

1.  Включить установку согласно разделу 1.2.2 (лабораторная работа№1).

2.  Провести градуировку сигналов Imax (сигнал при полностью откры­том входном окне прибора) и I0 (сигнал при закрытом окне прибора) соглас­но разделу 1.2.3 (лабораторная работа № 1).

3.  Установить в кюветное отделение установки выданный преподавате­лем образец фильтра и провести измерение спектра пропускания стекла.

Обработка результатов измерений

Результаты измерений заносят в табл. 3.1. По полученным данным строят график зависимости пропускания (T) от длины волны (λ) и по полу­ченному графику определяют основные параметры фильтра.

Таблица 3.1. Результаты измерений

Длина волны, нм	Напряжение, U (В)
300	4,5
31	7,0
315	9,1
316	9,9
322	15,8
327	25,6
331	31,6
400	31,6
402	26
405	15,8
427	9

3.3. Контрольные вопросы

1.  Для каких целей используются полосовые фильтры?

2.  Для каких целей используются узкополосные фильтры?

3.  Каково устройство элементарного узкополосного фильтра?

4.  Какой фильтр называется составным?

5.  Назовите основные оптические параметры полосового фильтра.

6.  Назовите основные оптические параметры узкополосного фильтра.

7.  Какой фильтр называется контрастным?

8.  Назовите типы оптических фильтров.

Ответы на контрольные вопросы

1.  Полосовые фильтры служат для выделения заданной полосы из всего спектра падающего излучения.

2.  Узкополосные фильтры служат для выделения из сплошного спектра излучения узкой полосы, шири­на которой не более 0.01λ0, где λ0- центральная длина волны выделяемой полосы.