Mjerenje laserskih valnih duljina: 4 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Zdravo svima, dobrodošli u još jedno uputstvo! Ovaj put sam htio napraviti zaista lako uputstvo koje možete napraviti kao večernji ili vikend projekat. Kao dio svog stalnog učenja spektrofotometrije, eksperimentirao sam s difrakcijskim rešetkama i monokromatorima i naletio na "Youngov eksperiment s dvostrukim prorezom". Ovo je fascinantno zapažanje o tome kako svjetlost putuje (u valovima) i otkriva učinak difrakcije za različite valne dužine svjetlosti.

Odlučio sam pokušati ponoviti eksperiment kako bih se sam uvjerio kako funkcionira s nekim laserskim pokazivačima i provjerio mogu li eksperiment uspjeti.

Korak 1: Preduvjeti i sigurnost

Laseri su zaista super, ali upozorenje prije nego nastavimo! Gledanje u laser ili snažan kolimirani snop može vas zaslijepiti. Kad god je to moguće, preporučio bih upotrebu zaštitnih naočara filtriranih u boji kako biste spriječili da vam zalutale zrake oštete oči.

Laserski pokazivači često se prodaju kao "igračke za mačke" i priznajem da volim da zadirkujem svoju mačku ovim, ali smatrao sam da je zelena jako jaka (gotovo presvijetla za gledanje). Oni takođe tvrde da imaju manje od 5 mW snage, ali otkrio sam veliku razliku između intenziteta svake boje (mogao bih napraviti optički mjerač snage koji će to mjeriti u zasebnoj instrukciji?). Sumnjam da se oznaka poklapa sa stvarnošću, što ćemo uskoro otkriti kada izmjerimo valne duljine.

Za eksperiment sam kupio sljedeće materijale:

• x3 laserski pokazivači (crvena, zelena, plava)
• Stalak za repliku
• Klizač za difrakcijsku rešetku (500 linija po mm)
• Papir i olovke
• Bulldog grips
• Merni lenjir
• Sigurnosne naočale

Korak 2: Postavljanje opreme

Postolje treba postaviti tako da laserski pokazivač bude usmjeren prema dolje prema difrakcijskoj rešetki. Laser će proći kroz rešetku i projicirati se na komad papira pri dnu (ekran). Da biste ovo postavili, slijedite ove jednostavne korake:

1. Stavite komad papira na dno postolja kako biste napravili ekran
2. Donji krak postolja za retortu postavite oko 10 cm iznad postolja
3. Pričvrstite difrakcijsku rešetku na donju ruku i učvrstite je buldog hvatom
4. Postavite nadlakticu iznad difrakcijske rešetke (udaljenost iznad rešetke nije bitna)
5. Pričvrstite laser na nadlakticu tako da bude usmjeren tako da zrak prolazi kroz difrakcijsku rešetku
6. Stavite zaštitnu opremu i, i spremni ste za snimanje lasera!

Korak 3: Eksperimentirajte

Da biste pronašli valnu duljinu lasera potrebno je izmjeriti razdvajanje rubova. Da biste to učinili, slijedite ovu metodu:

1. Kada laseri dotaknu papir (ekran), olovkom zapišite gdje se pojavljuju svjetlosne mrlje (one su poznate kao prsti). Obavezno zapišite srednju i obje s obje strane.
2. Ponovite korak 1 za svaku boju označavajući rubove na papiru
3. Nakon što ste to učinili za sve lasere, izmjerite udaljenost između srednjeg ruba i prvog ruba pored njega (to je poznato kao rese prvog reda).

(Primijetit ćete da postoji razlika između slike i onoga što sam kasnije zabilježio u rezultatima. To je zato što sam to učinio nekoliko puta kako bih utvrdio nesigurnost u mjerenju).

Ali kako se to odnosi na valnu duljinu? Jednadžba je lambda = (a * x) / d, gdje je 'lambda' valna duljina u metrima, 'a' je udaljenost između proreza u difrakcijskoj rešetki, 'x' je razdvajanje rubova, a 'd' je udaljenost između ekrana i rešetke. Sve vam je to na raspolaganju da zamijenite u jednadžbi kako biste dobili valnu duljinu.

Ali možete se zapitati "kako da znam šta je" a "?". Pa, ako znamo da rešetka ima 500 'linija' po mm, to znači da ima 500 000 linija po m. Ako 1m podijelimo na 500 000 linija, dobit ćemo udaljenost između njih 2 µm. Zajedno s x i d sada možemo izračunati valnu duljinu.

Zapamtite da su sve te udaljenosti izražene u metrima. Talasna dužina se obično izražava u nanometrima (10^-9 m) pa ćete morati razmisliti želite li svoj odgovor pretvoriti u nano-metre ili jednostavno izraziti nešto puta 10^-9.

Korak 4: Rezultati

Ponovio sam ovaj eksperiment za ovu instrukciju za izradu gornjeg grafikona. U tabeli možete vidjeti dva reda (min i max). To su maksimalne i minimalne talasne dužine koje su naznačene na samim laserima, pa sam otprilike znao kolika bi trebala biti talasna dužina da vidim da li sam dobio pravi odgovor.

Gledajući proračune, moja mjerenja ne leže unutar maksimalnih i minimalnih granica, ali su barem dosljedna. Razlika između izmjerenog i očekivanog bila je između 4% i 10%. Nisam uradio potpuno mjerenje nesigurnosti, ali očito je da će doći do nesigurnosti uvedene tehnikama mjerenja (tj. Mjerenje udaljenosti do ekrana nije savršeno okomito itd.). Čak i uz neku pogrešku koja se ne računa, vjerujem da je ovo pravilan prikaz stvarnih valnih duljina i savršeno demonstrira eksperiment s dvostrukim prorezom.

Ako ste zainteresirani za prikaz cijelog skupa rezultata, priložio sam excel datoteku koju možete koristiti za obavljanje vlastitih mjerenja. Sada sam u procesu igranja s kolimirajućim lećama i reflektorima, javite mi ako biste bili zainteresirani za pouku o ovome, i javite mi što mislite o ovoj brzoj uputi u komentarima.