Snimanje osetljivosti duž piksela CCD kamere ILX526A

Snimanje osetljivosti duž 

piksela CCD kamere ILX526A

Diplomski rad 

Mentor: 

Student: 

Doc. dr Teodora Gajo 

Magdalena Rajić

Novi Sad 2020. 

UNIVERZITET U NOVOM SADU 

PRIRODNO-

MATEMATIČKI 

FAKULTET 

DEPARTMAN ZA FIZIKU 

2 

1.

Uvod ............................................................................................................................................................ 3

2.

Monohromatori ...................................................................................................................................... 5

2.1.

Monohromatori Černi

-Tarnerovog tipa

 .............................................................................. 7 

2.2.

McPherson 2051 monohromator

 ........................................................................................ 8 

3.

Detektori ................................................................................................................................................. 10

3.1.  Fotomultiplikatori ..................................................................................................................................... 10 

3.2.  CCD kamera .................................................................................................................................................. 12 

4.

Izvori svetlosti ...................................................................................................................................... 17

4.1. 

Cev sa šupljom katodom

 ......................................................................................................................... 17 

5.  Eksperimentalna postavka, postupak snimanja i rezultati merenja ............................... 19 

5.1. 

Kalibracija po talasnim dužinama

 ....................................................................................................... 20 

5.2. 

Određivanje spektralne osetljivosti pomoću standardne lampe

 ........................................... 21 

5.3. 

Određivanje osetljivosti duž niza piksela CCD čipa

 ..................................................................... 22 

6.

Zaključak

 ................................................................................................................................................. 24

7.

Literatura ................................................................................................................................................ 25

8.

Biografija ................................................................................................................................................ 27

4 

U prvoj glavi je detaljno opisan monohromator sa difrakcionom rešetkom, koja 

se  koristi  u  eksperimentu.  Druga  glava  je  posvećena  opisu  procesa  rada  detektora 

(fotomultiplikator  i  CCD  kamera),  od  kojih  je  detaljnije  opisana  karakterizacija  i 

mehanizam  rada  kod  CCD kamere.  U  trećoj  glavi  je dat  opis  cevi  sa šupljom  katodom, 
koja  je  korišćena  u  ovom  eksperimentu.  Četvrta  glava  sadrži  opis

izvršenog 

eksperimenta.  I  na  kraju  je  data  interpretacija  dobijenih  rezultata  i  odatle  izvedeni 

zaključci.

5 

2.

Monohromatori 

Monohromator je optički uređaj pomoću kog se može izdvojiti uži opseg svetlosti 

iz  šireg  raspona  talasnih  dužina  dostupnih  na  svom  ulazu.  Postoje  različiti  tipovi 

monohromatora,  koji  se  mogu  podeliti  na  osnovu  disperzionog  elementa  i  postavke 

optičkog sist

ema.  

Jedna  od  osnovnih  optičkih  karakteristika  disperzionih  elemenata  jeste 

disperzija. Ona prikazuje u kojoj meri razlaže svetlost prema talasnim dužinama. Može 

biti  ugaona  ili  linearna  disperzija.  Ugaona  se  definiše  kao 

??

??

,  koja  meri  promenu  ugla 

skretanja 

ϑ

 upadnog zraka svetlosti 

sa promenom talasne dužine 

λ

. 

Linearna disperzija 

je definisana kao 

??

??

, koja daje stvarnu razliku 

dl

između dveju bliskih linija u spektru, 

čija  je  razlika  talasnih  dušina 

d

λ

.  Najčešće  se  u  praksi  koristi  inverzna

  linearna 

disperzija 

??

??

, 

izražena  u 

Å/mm

  ili 

nm/mm

.  Druga  bitna  karakteristika  disperzionih 

elemenata je moć razlaganja

 ili rezolucija. 

Može se izraziti kao bezdimenziona veličina

?

??

, gde je 

d

λ

razlika talasnih dužina između dve bliske linije sličnih intenziteta, koje još 

može da razdvoji dati instrument pri talasnoj dužini 

λ

,

 ili samo kao 

dλ

izražena u 

nm

 ili 

Å

. 

Za rešetke koje daju sliku i difraktuju ili rasipaju svetlost, koja nije kolimisana

može 

se  definisati  fokalna  (žižna)  daljina.  Ako  difraktovani  snop  talasne  dužine  λ  i  reda  m 

konvergira ka žiži, onda je fokalna dužina 

( )



'

r

rastojanje između centra rešetke i tačke 

fokusa. Ako difraktovano zračenje divergira, fokalna duž

ina se po konvenciji uzima sa 

negativnim predznakom, i ukazuje na postojanje virtuelnog lika sa druge strane rešetke

. 

Kod  spektralnih  uređaja  sa  ulaznom  i  izlaznom  pukotinom,  uobičajeno  je  da  se 

projektovana  širina  ulazne  pukotine  poklapa  sa  širinom  izlazn

e  pukotine.  Fokalna 

dužin

a 

u velikoj meri određuje dimenzije spektralnog uređaja

. 

Prizma  se  može  koristiti  kao  disperzioni  element  kod  monohromatora. 

Prolaskom svetlosti kroz prizmu, ona se prelama pri čemu dolazi do ugaone disperzije. 

Istorij

ski  rečeno, 

prvi  monohromatori  koji  su  razvijeni  su  bile  prizme,  ali  su  imale 

mnogo ograničenja. Njihova rezolucija je značajno manja nego kod difrakcione reš

etke i 

razdvajanje spektara po talasnim dužinama je nelinearna (u odnosu na rastojanje duž 
izlazne  pukotine)  što  stvara  mehaničke  probleme  sa  fokusiranjem  snopa  određene 

7 

Difrakciona  rešetka  se  k

oristi  kao  disperzioni  element  u  modernijim 

monohromatorima, zbog svojih vrhunskih disperzionih svojstava. 

Černi

-Tarnerov tip je 

jedan takav monohromator n

ajčešće korišćen

 u laboratorijama.  

2.1.

Monohromatori Černi-Tarnerovog tipa 

Kod  monohromatora  Černi

-

Tarnerovog  tipa  se  koriste  difrakcione  rešetke  kao 

disperzioni  elementi.  Monohromator  marke  McPherson  2051,  koji  se  koristi  u 

novosadskoj  laboratoriji  za  fizičku  elektroniku,  je  upravo  Černi

-Tarnerovog  tipa. 

Šematski prikaz jednog ovakvog monohromatora je predstavljen na Slici

 2. 

Slika 2

.Šema Černi

-Tarnerovog monohromatora 

Izvor  svetlosti  je  postavljen  tačno  ispred  ulazne  pukotine,  tako  da  upadni  zrak 

svetlosti  prolazi  kroz  nju  i  pada  na  k

onkavno  ogledalo  pri  čemu  se  reflektovani  snop

kolimiše.

Tako kolimisani snop pada na difrakcionu rešetku i razlaže je na kompone

nte 

različitih  talasnih  dužina,  koje 

se  dalje  reflektuju  o  konkavno  ogledalo.  Njen  fokus  je