Лабораторный стенд EDU-SPEB2/M Спектрометр на основе дифракционной решетки или дисперсионной призмы

Стенд предназначен для образовательных, демонстрационных и учебных целей, включает подробное руководство для удобной сборки и использования.

Экспериментальная часть дает возможность:
· собрать спектрометр на основе дифракционной решетки с 600 или 1200 штр/мм;
· собрать спектрометр на основе равносторонней дисперсионной призмы;
· изучить спектральный состав встроенного белого светодиода и других источников света.
Лабораторный стенд EDU-SPEB2/M включает компоненты для сборки спектрометра на основе дифракционной решетки или дисперсионной призмы. Хотя спектрометры на основе решетки и призмы могут использоваться для наблюдения спектров различных источников света, они работают на основе разных физических принципов. Спектрометр на основе решетки позволяет изучить интерференцию и волновую природу света, а спектрометр на основе призмы предоставляет возможность изучить различные концепции геометрической оптики, такие как показатель преломления и дисперсия оптических материалов.

Для спектрометра на основе дифракционной решетки используется отражательная решетка (с треугольным профилем) с 600 или 1200 штр/мм в качестве элемента для дисперсии длины волны, а для спектрометра на основе призмы используется дисперсионная равносторонняя призма. В качестве источника света в комплект входит широкополосный белый светодиод, а также полосовой фильтр для создания узкой спектральной линии. Спектрометры, собранные в данном лабораторном стенде, обеспечивают высокое спектральное разрешение. Например, эта установка может разрешить линии натрия-D, расстояние между которыми составляет 0,6 нм.

Помимо анализа спектральных компонентов источника света, спектрометр на основе решетки демонстрирует интерференцию и волновую природу света, а также взаимосвязь между шириной щели и пространственным разрешением, шириной щели и интенсивностью, а также плотностью штрихов решетки и пространственным разрешением. Спектрометр на основе призмы позволяет изучить различные концепции геометрической оптики и может быть использован для расчета показателя преломления стекла призмы. Подробнее об этих двух конфигурациях спектрометров можно узнать в разделе "Эксперименты".
Эксперименты:
Лабораторный стенд EDU-SPEB2/M «Спектрометр на основе дифракционной решетки или дисперсионной призмы» включает все компоненты, необходимые для сборки спектрометра на основе дифракционной решетки или дисперсионной призмы, включая две дифракционные решетки с разной плотностью штрихов (600 и 1200 штр/мм) и равностороннюю дисперсионную призму. С этим набором можно анализировать светодиоды, лазеры, газоразрядные трубки, лампы накаливания и многие другие источники света. В комплект входит белый светодиод и полосовой фильтр. Светодиод является широкополосным источником света, который в сочетании с полосовым фильтром также может создавать узкую спектральную линию.

Спектрометр на основе дифракционной решетки

показано на рисунке 1а, свет фокусируется на регулируемую щель с помощью одной линзы. Свет, выходящий из щели, проходит через другую линзу и попадает на дифракционную решетку. Свет дифрагирует на решетке и попадает на экран. Поскольку угол дифракции зависит от длины волны, свет разделяется на разные длины волн и отображается в разных местах на экране. Можно анализировать как линейчатые, так и широкополосные источники света, а также рассчитывать длину волны спектральных компонентов.

Эксперимент настроен так, чтобы можно было использовать простое уравнение решетки:

sinθk = k·λ·g; k = 0,1,2,…

где θk — угол, под которым свет покидает решетку, k — порядок дифракции, λ — длина волны света, образующего спектральную линию, а g — плотность штрихов решетки. Студенты могут рассчитать θk, измерив расстояние между решеткой и плоскостью щели, а также расстояние между световым пучком, входящим в щель, и спектральной линией первого порядка, как показано на рисунке 1б. Затем они могут использовать это значение для определения длины волны спектральных линий, видимых на экране.

Спектрометр на основе призмы

Спектрометр на основе призмы использует равностороннюю дисперсионную призму для разделения спектральных компонентов света. Как показано на рисунке 2а, свет фокусируется на регулируемую щель с помощью одной линзы. Свет, выходящий из щели, проходит через другую линзу, которая фокусирует его на экран после прохождения через равностороннюю дисперсионную призму. Свет разных длин волн преломляется под разными углами через призму, поэтому свет разделяется на спектральные компоненты при наблюдении на экране. Как и в случае с дифракционной решеткой, можно анализировать как линейчатые, так и широкополосные источники света.

Кроме того, можно изучать преломляющие свойства призмы. Например, показатель преломления призмы можно определить, измерив угол минимального отклонения. Угол минимального отклонения обозначен как γ на рисунке 2б. Он определяется как угол между светом, входящим в призму и выходящим из нее, когда свет, проходящий через призму, параллелен основанию призмы. Для призмы, используемой в этом эксперименте, угол минимального отклонения связан с показателем преломления n следующим уравнением:

Студенты могут измерить угол минимального отклонения, регулируя положение экрана и угол призмы для получения наиболее четкого изображения источника света. Расстояния x и y, показанные на рисунке 2в, можно измерить для определения γ, который затем используется для расчета показателя преломления n призмы.

КОМПЛЕКТАЦИЯ

1) Розетка для крепления светодиодов, питание через USB, резистор: 62 Ом, 1 шт.
2) Светодиоды, белый свет: 430 - 660 нм, мощность: 15 мВт, половина угла обзора: 7.5°, 1 шт.
3) Держатель для оптических элементов Ø12.7 мм, без стопорных элементов, 1 шт.
4) Тубус для крепления линз со стопорным кольцом, 2 шт.
5) Двояковыпуклая линза из стекла N-BK7, Ø25.4 мм, фокусное расстояние 50.0 мм, без покрытия, 1 шт.
6) Двояковыпуклая линза из стекла N-BK7, Ø25.4 мм, фокусное расстояние 100.0 мм, без покрытия, 1 шт.
7) Держатель для оптики со стопорным кольцом, Ø25.4 мм, 2 шт.
8) Полосовой фильтр Ø12.7 мм (центральная длина волны 532 ± 0,6 нм, полуширина 3 ± 0,6 нм), 1 шт.
9) Регулируемая микрометрическим винтом оптическая щель, 1 шт.
10) Отражающая штриховая дифракционная решетка, 600 штр./мм, длина волны блеска: 500 нм, размер: 25 x 25 x 6 мм, 1 шт.
11) Отражающая штриховая дифракционная решетка, 1200 штр./мм, длина волны блеска: 500 нм, размер: 25 x 25 x 6 мм, 1 шт.
12) Компактный кинематический держатель для прямоугольных оптических элементов с характерным размером (25.4 мм), 2 шт.
13) Дисперсионная призма, материал: F2, характерный размер: 20 мм, 1 шт.
14) Кинематический держатель призм, глубина платформы: 25 мм, 1 шт.
15) Короткая фиксирующая рукоятка, 1 шт.
16) Белый экран 150 мм x 150 мм, 1 шт.
17) Алюминиевая оптическая плита, 1 шт.
18) Держатель стержней Ø12.7 мм с подпружиненным фиксирующим винтом, высота: 75 мм, 7 шт.
19) Стержень для держателей оптики L = 75 мм, 7 шт.
20) Держатель стержней Ø12.7 мм с подпружиненным фиксирующим винтом, высота: 50 мм, 1 шт.
21) Стержень для держателей оптики L = 50 мм, 1 шт.
22) Основания для крепления, 25 мм x 75 мм x 10 мм, 3 шт.
23) Основания для крепления, 50 мм x 75 мм x 10 мм, 3 шт.
24) Основания Ø31.8 мм для крепления держателей стержней с помощью прижима, 2 шт.
25) Универсальный короткий прижим, паз: 31.5 мм, 2 шт.
26) Прямой защитный экран для работы с лазерным излучением (305 мм x 305 мм), 1 шт.
27) Ключ для установки и регулировки положения стопорных колец, длина: 25.4 мм, 2 шт.

Лабораторный стенд поставляется в упаковочных кейсах с ложементом, методическим описанием, комплектом крепёжных элементов, набором для чистки оптики и инструментами.