Mjerenje laserskih valnih duljina: 4 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

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

Odlučio sam pokušati ponoviti eksperiment kako bih sam otkrio kako je radio s nekim laserskim pokazivačima i provjerio mogu li eksperiment uspjeti.

Korak 1: Preduvjeti i sigurnost

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

Laserski pokazivači često se prodaju kao "igračke za mačke" i priznao sam da volim zadirkivati svoju mačku s ovim, ali smatrao sam da je zelena jako jaka (gotovo presvijetla za gledanje). Oni također tvrde da imaju manje od 5 mW snage, ali otkrio sam veliku razliku između intenziteta svake boje (možda ću napraviti optički mjerač snage koji će to mjeriti u zasebnom uputstvu?). 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
• Hvataljke za buldoga
• Mjerno ravnalo
• Zaštitne naočale

Korak 2: Postavljanje opreme

Stalak bi trebao biti postavljen tako da laserski pokazivač bude usmjeren prema dolje prema difrakcijskoj rešetki. Laser će proći kroz rešetku i projicirati se na komad papira pri dnu (zaslon). Da biste to postavili, slijedite ove jednostavne korake:

1. Stavite komad papira na dno postolja kako biste napravili zaslon
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 snop prolazi kroz difrakcijsku rešetku
6. Stavite zaštitnu opremu i, i spremni ste za snimanje lasera!

Korak 3: Eksperimentirajte

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

1. Kad laseri dotaknu papir (zaslon), olovkom zapišite gdje se pojavljuju svjetlosne mrlje (one su poznate kao prsti). Obavezno zapišite srednju i one 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 rub 1. 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).

No, 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 zaslona i rešetke. Sve je to dostupno za zamjenu u jednadžbu kako biste dobili valnu duljinu.

No mogli biste se upitati "kako mogu znati što je" a "?". Pa, ako znamo da rešetka ima 500 'linija' po mm, to znači da ima 500 000 linija po m. Podijelimo li 1m na 500 000 linija, dobit ćemo udaljenost između njih 2 µm. Zajedno s x i d sada možemo izračunati valnu duljinu.

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

Korak 4: Rezultati

Ponovio sam ovaj eksperiment za ovu instrukciju za izradu gornjeg grafikona. U tablici možete vidjeti dva retka (min i max). To su maksimalne i minimalne valne duljine koje su naznačene na samim laserima, pa sam otprilike znao kolika bi trebala biti valna duljina da vidim jesam li dobio pravi odgovor.

Gledajući izračune, 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 napravio potpuno mjerenje nesigurnosti, ali očito je da će postojati nesigurnost koju unose mjerne tehnike (tj. Mjerenje udaljenosti do zaslona 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. Trenutno 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.