Merjenje laserskih valovnih dolžin: 4 koraki (s slikami)

2025 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2025-01-23 15:09

Pozdravljeni, dobrodošli v drugem pouku! Tokrat sem želel narediti res enostaven pouk, ki ga lahko naredite kot večerni ali vikend projekt. Kot del svojega stalnega učenja spektrofotometrije sem eksperimentiral z difrakcijskimi rešetkami in monokromatorji ter naletel na "Youngov eksperiment z dvojno režo". To je fascinantno opazovanje o tem, kako svetloba potuje (v valovih) in razkriva učinek difrakcije za različne valovne dolžine svetlobe.

Odločil sem se, da bom poskusil ponoviti poskus, da bi sam ugotovil, kako je deloval z nekaterimi laserskimi kazalci, in preveril, ali bi lahko poskus uspel.

1. korak: Predpogoji in varnost

Laserji so res super, vendar opozorilo, preden nadaljujemo! Gledanje v laser ali močan kolimirani žarek vas lahko zaslepi. Če je mogoče, priporočam uporabo barvnih zaščitnih očal, da preprečite, da bi vam zalutali žarki poškodovali oči.

Laserski kazalci se pogosto prodajajo kot "mačje igrače" in priznano, da s tem zelo rad dražim mačko, vendar se mi je zdel zeleni zelo močan (skoraj presvetel, da bi ga lahko pogledal). Prav tako trdijo, da imajo moč manj kot 5 mW, vendar sem ugotovil veliko neskladje med intenzivnostjo vsake barve (lahko naredim optični merilnik moči, da to izmerim v ločenem navodilu?). Dvomim, da se oznaka ujema z realnostjo, kar bomo kmalu odkrili, ko bomo merili valovne dolžine.

Za poskus sem kupil naslednje materiale:

• x3 laserski kazalci (rdeča, zelena, modra)
• Stojalo za repliko
• Difrakcijski drsnik (500 vrstic na mm)
• Papir in pisala
• Ročaji za buldoga
• Merilno ravnilo
• Varnostna očala

2. korak: Namestitev opreme

Stojalo je treba nastaviti tako, da je laserski kazalec usmerjen navzdol proti difrakcijski rešetki. Laser bo šel skozi rešetko in se projiciral na kos papirja na dnu (zaslon). Če želite to nastaviti, sledite tem preprostim korakom:

1. Na spodnji del stojala postavite kos papirja, da naredite zaslon
2. Spodnjo roko stojala za retorte postavite približno 10 cm nad stojalo
3. Difrakcijsko rešetko pritrdite na spodnjo roko in jo pritrdite z ročajem za buldog
4. Nadlaht postavite nad difrakcijsko rešetko (razdalja nad rešetko ni pomembna)
5. Laser pritrdite na nadlaket tako, da je usmerjen tako, da žarek prehaja skozi difrakcijsko rešetko
6. Vstavite varnostno opremo in nato ste pripravljeni na snemanje nekaj laserjev!

3. korak: Poskusite

Če želite najti valovno dolžino laserja, morate izmeriti ločitev obrobja. Če želite to narediti, sledite tej metodi:

1. Ko laserji zadenejo papir (zaslon), zapišite s peresom, kjer se pojavijo svetlobne lise (ti so znani kot prsti). Zapišite srednjega in tiste na obeh straneh.
2. Ponovite 1. korak za vsako barvo in označite robove na papirju
3. Ko to storite za vse laserje, izmerite razdaljo med srednjim robom in prvim robu ob njem (to je znano kot obrobje prvega reda).

(Opazili boste, da obstaja razlika med sliko in tem, kar sem kasneje zabeležil v svojih rezultatih. To je zato, ker sem to nekajkrat naredil, da sem določil negotovost pri merjenju).

Toda kako je to povezano z valovno dolžino? Enačba je lambda = (a * x) / d, kjer je 'lambda' valovna dolžina v metrih, 'a' je razdalja med režami v difrakcijski rešetki, 'x' je ločitev robov in 'd' je razdalja med zaslonom in rešetko. Vse to vam je na voljo, da v enačbo nadomestite valovno dolžino.

Lahko pa se vprašate "kako naj vem, kaj je" a "?". No, če vemo, da ima rešetka 500 'vrstic' na mm, to pomeni, da je 500 000 vrstic na m. Če 1 m razdelimo na 500 000 vrstic, dobimo razdaljo med njimi 2 µm. Skupaj z x in d lahko zdaj izračunamo valovno dolžino.

Ne pozabite, da so vse te razdalje v metrih. Valovna dolžina je običajno izražena v nano metrih (10^-9 m), zato boste morali razmisliti, ali želite svoj odgovor pretvoriti v nanometre ali preprosto izraziti nekajkrat 10^-9.

4. korak: Rezultati

Ta poskus sem ponovil za to navodilo za izdelavo zgornjega grafa. V tabeli lahko vidite dve vrstici (min in max). To sta največji in najmanjši valovni dolžini, ki sta označeni na samih laserjih, zato sem približno vedel, kakšna bi morala biti valovna dolžina, da vidim, če sem dobil pravi odgovor.

Če pogledamo izračune, moje meritve ne ležijo v mejah največje in minimalne vrednosti, ampak so vsaj skladne. Razlika med izmerjenim in pričakovanim je bila med 4% in 10%. Nisem naredil popolne meritve negotovosti, vendar je očitno, da bo prišlo do negotovosti, ki jo prinašajo merilne tehnike (tj. Merjenje razdalje do zaslona ni popolnoma pravokotno itd.). Tudi z nekaj neuvrščenimi napakami menim, da je to poštena predstavitev dejanskih valovnih dolžin in odlično prikazuje poskus z dvojno režo.

Če vas zanima ogled celotnega nabora rezultatov, sem priložil datoteko excel, ki jo lahko uporabite za izvajanje lastnih meritev. Zdaj se igram s kolimirajočimi lečami in reflektorji. Sporočite mi, če bi vas zanimalo kaj o tem, in povejte mi, kaj mislite o tem hitrem navodilu v komentarjih.