Versuch 2: Das Spektrometer

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Jonas Schreiber
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1 Versuch : Das Spektrometer Funktionsweise des Spektrometers Das Spektrometer zerlegt die am Eingang auftreffende Strahlungsleistung und mißt die Anteile in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Das Ergebnis sieht z.b. so aus Counts Wellenlänge (nm) Die Empfindlichkeit der Diodenzeile, der Beugungswirkungsgrad des Gitters und die Transmission der optischen Komponenten sind nicht für alle Wellenlängen gleich. Deshalb erhält man, wenn man eine spektral gleich verteilte Lampe misst, eine Messkurve ähnlich wie oben. Die spektrale Empfindlichkeit des Spektrometers wird S() genannt. Die verfügbaren Lampen haben kein gleich verteiltes Spektrum, was die Messung noch zusätzlich erschwert. Das Spektrum der Lampe wird mit L() bezeichnet. Es ist notwendig durch geeignete Meßverfahren diese Einflüsse zu eliminieren. Aufbau des Spektometers Siehe Datenblatt im Anhang. Bedienung des Programms Bei dem Spektometerprogramm handelt es sich um ein Windowsprogramm, das im Praktikum von den Betreuern erklärt wird.

2 Aufgaben:. Messen Sie die Transmission von 3 Filtern ( Absorbtionsfilter, Interferenzfilter, Kantenfilter...). Bestimmen Sie die spektrale Empfindlichkeit des Spektrometers. 3. Messen Sie die spektrale Verteilung von einer Halogenlampe V 00W bei 8V, 0V und V. 4. Messen Sie die spektrale Verteilung einer Leuchtstoffröhre. 5. Bestimmen Sie die Schichtdicke und die Brechzahl von einer Filmschicht.

3 Zu Aufg. : Es steht eine Halogenlampe im Gehäuse mit V 00 W bzw. 50 W zur Verfügung. Der Aufbau sollte wie folgt aussehen. MMS bezeichnet das Spektrometer. N e t z g e r ä t R e c h n e r H a l o g e n l a m p e V 0 0 W F i l t e r M M S o p t. B a n k Die Lampe muss eine homogene Ausleuchtung am Spektrometer erzeugen. Für die Messung wird zuerst das Spektrum der Lampe ohne Filter gemessen. Dazu soll der Filter nahe am Spektrometer stehen. Man erhält als Messergebnis M L S()*L() danach wird eine Messung mit Filter vorgenommen. Die Filtertransmissionskurve sei F(). Als Ergebnis erhält man M F S()*L()*F() Durch Division erhält man M M L S( ) * L( ) * F( ) S( ) * L( ) F F ( ) die Filtertransmissionskurve. 3

4 zu Aufg. : Zur Bestimmung der spektralen Empfindlichkeit des Spektrometers steht eine Halogenlampe V 50W zur Verfügung. Diese muß mit 4,3 A betrieben werden. Der Aufbau sollte so aussehen. N e t z g e r ä t R e c h n e r H a l o g e n l a m p e V 5 0 W M M S o p t. B a n k Bei dieser Stromstärke erzeugt die Lampe eine bekannte spektrale Verteilung L K (). Wenn man diese Lampe mißt erhält man M ( ) S( ) * L ( ) L K Durch Division mit der bekannten L K () erhält man S(). zu Aufg. 3: Der Aufbau muß wie in Aufg. gemacht werden. Die Messung wird aber Ohne Filter durchgeführt. Die Messung ergibt dann M L S()*L() Da wir aus Aufg. S() kennen können wir L() bestimmen. zu Aufg. 4: Hier wird das Spektrometer gegen die Deckenleuchten gerichtet und die Messung analog zu Aufg. 3 durchgeführt. zu Aufg. 5: Der Aufbau sollte so aussehen. Zuerst wird anstelle der Probe eine Glasplatte als Referenz benutzt, um den spektralen Gang der Lampe zu eliminieren. Danach kann die Messung der Schichtdicke erfolgen. Dies muss für beide Winkeleinstellungen gemacht werden. 4

5 L a m p e P o s. A n s i c h t v o n o b e n L a m p e P o s. P r o b e u n t e r W i n k e l n M M S d ü n n e S c h i c h t e i n f a l l e n d e s L i c h t G l a s D i c k e : d B r e c h z a h l : n Licht, welches von der Probe reflektiert wird, besteht aus zwei Teilwellen ( und ). Diese haben einen Phasenunterschied von δ 4π nd cosα Wobei α der Winkel im Medium ist. Trägt man die Intensitätsverteilung gegen die Wellenlänge auf so erhält man folgenden Graphen. 5

6 Schichtdicke rel. Einheit Wellenlänge (nm) Zwei benachbarte Maxima weisen einen Gangunterschied von π auf. Daraus folgt: δ δ + π 4π nd cosα 4π nd cosα + π d n cosα ( ) Die Messung wird zweimal mit verschiedenen Einfallswinkeln durchgeführt, man erhält dann Gleichungen mit n und d und kann beide Größen berechnen. Die verwendeten Einfallswinkel sollen sich stark unterscheiden (z.b. 0 und 45 ) Wichtig: In der Formel steht α für den Winkel im Medium. 6

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