Laseri lainepikkuste mõõtmine: 4 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Tere kõigile, tere tulemast teise õpetatava juurde! Seekord tahtsin teha tõeliselt lihtsa juhendatava, mida saate teha õhtuse või nädalavahetuse projektina. Spektrofotomeetria alalise õppimise osana olen katsetanud difraktsioonivõrede ja monokromaatoritega ning sattunud "Youngi kahe piluga eksperimendi" otsa. See on põnev tähelepanek selle kohta, kuidas valgus liigub (lainetena) ja näitab difraktsiooni mõju erinevatele lainepikkustele.

Otsustasin katset korrata ja katsetada, et ise teada saada, kuidas see mõne laservihikuga töötas, ja vaadata, kas suudan eksperimendi toimima panna.

Samm: eeltingimused ja ohutus

Laserid on tõesti lahedad, kuid hoiatus enne jätkamist! Laserisse või tugevasse kollimeeritud valguskiirtesse vaatamine võib teid pimestada. Soovitan võimaluse korral kasutada värvifiltreeritud kaitseprille, et vältida hulkuvate kiirte kahjustamist teie silmadele.

Laservihikuid müüakse sageli kasside mänguasjadena ja ma armastan sellega oma kassi kiusata, kuid leidsin, et roheline on väga tugev (peaaegu liiga hele, et seda vaadata). Samuti väidavad nad, et nende võimsus on alla 5 mW, kuid ma leidsin iga värvi intensiivsuse vahel suure erinevuse (ma võin teha optilise võimsusmõõturi, et seda mõõta eraldi juhendis?). Ma kahtlen, kas silt vastab tegelikkusele, mille me lainepikkuste mõõtmisel varsti avastame.

Ostsin katse jaoks järgmised materjalid:

• x3 lasernäidikut (punane, roheline, sinine)
• Tagasihoidja
• Difraktsioonivõre (500 rida mm kohta)
• Paber ja pliiatsid
• Bulldog haarab
• Mõõtmisjoon
• Ohutusprillid

2. samm: seadmete seadistamine

Alus tuleks seadistada nii, et laserkursor oleks suunatud difraktsioonivõre poole. Laser läbib võre ja projitseeritakse paberitükile allosas (ekraan). Selle seadistamiseks toimige järgmiselt.

1. Asetage ekraani tegemiseks paberitükk aluse põhja
2. Asetage retortendi alumine õlg umbes 10 cm statiivi kohale
3. Kinnitage difraktsioonivõre õlavarre külge ja kinnitage see buldogi käepidemega
4. Asetage õlavarre difraktsioonivõre kohale (võre kohal olev kaugus pole oluline)
5. Kinnitage laser õlavarre külge nii, et see on suunatud nii, et valgusvihk läbib difraktsioonivõre
6. Pange oma turvavarustus ja siis olete valmis lasereid tulistama!

3. samm: katsetage

Laseri lainepikkuse leidmiseks peate mõõtma ääreala. Selleks järgige seda meetodit:

1. Kui laserid tabavad paberit (ekraani), kirjutage pliiatsiga üles koht, kus esinevad heledad laigud (neid nimetatakse sõrmedeks). Pange kindlasti kirja keskmine ja need, mis on mõlemal küljel.
2. Korrake 1. sammu iga värvi puhul, märkides paberile narmad
3. Kui olete seda kõigi laserite puhul teinud, mõõtke keskmise serva ja selle kõrval oleva 1. ääre vaheline kaugus (seda nimetatakse 1. järgu äärena).

(Märkate, et pildi ja selle vahel, mida olen oma tulemustesse salvestanud, on lahknevus. Seda seetõttu, et tegin seda mõõtmise määramatuse määramiseks paar korda.)

Aga kuidas see on seotud lainepikkusega? Võrrand on lambda = (a * x) / d, kus 'lambda' on lainepikkus meetrites, 'a' on kaugus difraktsioonivõres olevate pilude vahel, 'x' on ääreala ja 'd' on ekraani ja võre vaheline kaugus. Kõik see on saadaval võrrandisse, et anda teile lainepikkus.

Kuid võite küsida: "Kust ma tean, mis on" a "?". Noh, kui me teame, et restil on 500 „joont” millimeetri kohta, tähendab see, et seal on 500 000 joont meetri kohta. Kui jagada 1 m 500 000 joonega, saame nende vahekauguse 2 µm. Koos x ja d saame nüüd arvutada lainepikkuse.

Pidage meeles, et kõik need vahemaad on meetrites. Lainepikkust väljendatakse tavaliselt nano-meetritena (10^-9 m), nii et peate kaaluma, kas soovite oma vastuse nano-meetriteks teisendada või lihtsalt väljendada midagi kordi 10^-9.

4. samm: tulemused

Ülaltoodud graafiku koostamiseks kordasin seda katset selle juhendamise jaoks. Tabelis näete kahte rida (min ja max). Need on maksimaalsed ja minimaalsed lainepikkused, mis on näidatud laseritel endal, nii et ma teadsin ligikaudu, milline peaks olema lainepikkus, et näha, kas sain õige vastuse.

Arvutusi vaadates ei jää minu mõõtmised maksimum- ja miinimumpiiridesse, kuid on vähemalt järjepidevad. Erinevus mõõdetud ja oodatava vahel oli 4% ja 10% vahel. Ma ei teinud täielikku määramatuse mõõtmist, kuid on ilmne, et mõõtmistehnikatega kaasneb ebakindlus (st ekraani kauguse mõõtmine ei ole täiesti risti jne). Isegi mõne arvestamata vea korral usun, et see kujutab endast tegelikke lainepikkusi õiglaselt ja demonstreerib suurepäraselt kahe piluga katset.

Kui soovite näha täielikku tulemuste komplekti, olen lisanud Exceli faili, mida saate kasutada oma mõõtmiste tegemiseks. Mängin praegu kollimeerivate läätsede ja helkuritega, andke mulle teada, kas teid huvitaks sellekohane juhend, ja andke kommentaarides teada, mida arvate selle kiire juhendamise kohta.