Zestaw Fotoniczny i Optoelektroniczny do badania zjawisk optycznych z przeznaczeniem dla szkół średnich

W skład zestawu wchodzą następujące elementy:

  • Moduł laserowy z diodą półprzewodnikową jako źródło światła o długości fali 635 nm (barwa czerwona)
  • Zasilacz sieciowy o napięciu wyjściowym 5V służący do zasilania modułu laserowego
  • Elementy optyczne
    • soczewki - dwie skupiające i jedna rozpraszająca
    • pryzmat
    • wzorcowa siatka dyfrakcyjna o stałej d = 2,0 μm +/- 0,1 μm
    • siatka dyfrakcyjna o nieznanej stałej (przeznaczona do badań)
    • trzy płytki płaskorównoległe
    • dwie folie polaryzacyjne (polaryzatory liniowe)
  • Uchwyty mocujące poszczególne części składowe Zestawu
  • ogniwo fotowoltaiczne
  • płytka do testowania prawa Ohma i Kirchhoffa
  • Układ detekcyjny UD 1 (rozszerzona wersja układu)
    • fotodioda
    • miernik

Do zestawu dołączona jest broszura, zawierająca opis proponowanych doświadczeń i krótkie wprowadzenie w teorię optyki geometrycznej i falowej, zjawisk elektrycznych i fotowoltaicznych.

Użytkowanie Zestawu

Konstrukcja zestawu umożliwia szybkie zmontowanie układu, przy czym jako podstawa służyć może zwykły stół lub ławka.

Składane, uniwersalne uchwyty pozwalają na wygodne a jednocześnie stabilne ustawienie elementów w pożądanych konfiguracjach. Uchwyty zapewniają prawidłową wysokość, umożliwiają regulację odchylenia kątowego i przesunięcia wzdłuż osi optycznej.

Dzięki niewielkim gabarytom i dużej odporności na uszkodzenia mechaniczne, całość Zestawu jest poręczna i może być z powodzeniem przenoszona, na przykład do innej pracowni na terenie szkoły.

Eksperymenty wykonywane przy użyciu Zestawu Fotonicznego i Optoelektronicznego

Zestaw Fotoniczny i Optoelektroniczny umożliwia wykonanie szeregu doświadczeń z zakresu optyki geometrycznej i falowej, a także fotowoltaiki i elektryczności. Dzięki zastosowaniu źródła światła w postaci lasera półprzewodnikowego są to pokazy o dużych walorach poznawczych, a jednocześnie bardzo widowiskowe.

Podstawowe ćwiczenia to:

  1. Otrzymywanie obrazów oświetlanego przedmiotu przy użyciu soczewek o różnych ogniskowych
  2. Wyznaczanie ogniskowej soczewki
  3. Badanie zjawiska polaryzacji światła przez absorpcję anizotropową
  4. Badanie zjawiska polaryzacji przez odbicie
  5. Wyznaczanie kąta Brewstera
  6. Obserwacja zjawiska aktywności optycznej charakterystycznej dla wodnego roztworu cukru i sprawdzanie zależności kąta skręcenia od stężenia roztworu
  7. Wyznaczanie długości fali światła oraz stałej siatki dyfrakcyjnej
  8. Wyznaczanie szerokości cienkiej przeszkody, np. włosa
  9. Pomiar współczynnika załamania szkła, z którego wykonany jest pryzmat
  10. Pomiar kąta łamiącego pryzmatu
  11. Całkowite wewnętrzne odbicie w pryzmacie
  12. Pomiar kąta granicznego na granicy szkło-powietrze przy użyciu pryzmatu
  13. Budowa prostego polaryzatora z płytek szklanych
  14. Badanie zjawiska fotowoltaicznego
  15. Testowanie podstawowych praw przepływu prądu elektrycznego przez elementy i obwody układów elektrycznych (prawa Ohma i Kirchhoffa)

Laser półprzewodnikowy

Laser półprzewodnikowy jest powszechnie stosowanym źródłem światła, zarówno w profesjonalnych, jak i popularnych urządzeniach technicznych. Można tu wymienić odtwarzacze CD i DVD, centrale telefoniczne w telekomunikacji światłowodowej czy też urządzenia medyczne.

W Zestawie Optoelektronicznym źródłem światła jest moduł laserowy. Składa się on z diody laserowej i układu optycznego.

Dioda laserowa jest elementem półprzewodnikowym, do którego produkcji stosuje się takie materiały jak na przykład GaAs czy (InGa)(AsP). Wnętrze struktury półprzewodnikowej pełni rolę ośrodka emisji zaś jej ścianki stanowią zwierciadła rezonatora. W elemencie, którego gabaryty wraz z obudową zbliżone są do wymiarów tranzystora generowane jest promieniowanie spójne o dużym stopniu monochromatyczności i mocy ograniczonej ze względów bezpieczeństwa do 1 mW. Układ optyczny umieszczony w module laserowym służy do odpowiedniego "uformowania" wiązki, aby uwypuklić walory demonstracyjne wykonywanych doświadczeń.

Ze względu na bezpieczeństwo użytkowników, moc wyjściowa modułu laserowego w Zestawie została ograniczona do poziomu 1mW.