Lézerhullámok mérése: 4 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

Sziasztok, üdvözöllek egy újabb tanulságban! Ezúttal egy igazán könnyen oktathatót akartam készíteni, amelyet esti vagy hétvégi projektként tehet meg. A spektrofotometria folyamatos tanulásának részeként diffrakciós rácsokkal és monokromatorokkal kísérleteztem, és ráakadtam "Young kettős réses kísérletére". Ez egy lenyűgöző megfigyelés arról, hogyan halad a fény (hullámokban), és feltárja a diffrakció hatását a különböző hullámhosszú fényeknél.

Úgy döntöttem, hogy megpróbálom megismételni a kísérletet, hogy magam is megtudjam, hogyan működik néhány lézermutatóval, és megnézzem, sikerül -e a kísérlet működni.

Lépés: Előfeltételek és biztonság

A lézerek nagyon jók, de figyelmeztetés, mielőtt folytatjuk! Ha lézerbe vagy erős kollimált sugárba néz, elvakíthat. Ahol lehetséges, javaslom a színes szűrt védőszemüveg használatát, hogy elkerüljék a kóbor sugarak károsodását a szemében.

A lézermutatókat gyakran "macskajátékként" értékesítik, és szeretem ezzel ugratni a macskámat, de a zöldet nagyon erősnek találtam (szinte túl világos ahhoz, hogy ránézzünk). Azt is vallják, hogy kevesebb, mint 5 mW teljesítményűek, de nagy különbséget találtam az egyes színek intenzitása között (lehet, hogy készítek egy optikai teljesítménymérőt, hogy ezt külön utasításban mérjem?). Kétlem, hogy a címke megfelel a valóságnak, amelyet hamarosan felfedezünk a hullámhosszak mérésekor.

A kísérlethez az alábbi anyagokat vásároltam:

• x3 lézermutató (piros, zöld, kék)
• Retort állvány
• Egy diffrakciós rácscsúszda (500 vonal / mm)
• Papír és toll
• Bulldog markol
• Mérő vonalzó
• Biztonsági szemüveg

2. lépés: A berendezés beállítása

Az állványt úgy kell beállítani, hogy a lézermutató lefelé irányuljon a diffrakciós rács felé. A lézer átmegy a rácson, és az alján lévő papírra (a képernyőre) vetíti. Ennek beállításához kövesse az alábbi egyszerű lépéseket:

1. Helyezzen egy papírlapot az állvány aljára, hogy képernyőt készítsen
2. Helyezze a retortartó alsó karját körülbelül 10 cm -re az állvány fölé
3. Csatlakoztassa a diffrakciós rácsot az alsó karhoz, és rögzítse egy bulldog markolattal
4. Helyezze a felkarot a diffrakciós rács fölé (a rács feletti távolság nem számít)
5. Csatlakoztassa a lézert a felkarhoz úgy, hogy úgy irányuljon, hogy a sugár áthaladjon a diffrakciós rácson
6. Tedd fel a biztonsági felszerelésedet, és akkor készen állsz lézerek lövésére!

3. lépés: Kísérletezzen

A lézer hullámhosszának meghatározásához meg kell mérni a peremkülönbséget. Ehhez kövesse ezt a módszert:

1. Amikor a lézerek a papírhoz (képernyőhöz) ütődnek, írjon le egy tollal a világos foltokat (ezeket ujjaknak nevezik). Ügyeljen arra, hogy írja le a középsőt és a két oldalt.
2. Ismételje meg az 1. lépést minden színnél, jelölje meg a rojtokat a papíron
3. Miután ezt megtette minden lézer esetében, mérje meg a középső perem és a mellette lévő első perem közötti távolságot (ezt elsőrendű peremnek nevezik).

(Észre fogja venni, hogy eltérés van a kép és az eredményeim között rögzített adatok között. Ez azért van, mert ezt néhányszor megtettem, hogy meghatározzam a mérés bizonytalanságát).

De hogyan kapcsolódik ez a hullámhosszhoz? Az egyenlet lambda = (a * x) / d, ahol a „lambda” a hullámhossz méterben, „a” a diffrakciós rács rései közötti távolság, „x” a peremkülönbség, és „d” a képernyő és a rács közötti távolság. Mindez rendelkezésre áll, hogy helyettesítse az egyenletet, hogy megadja a hullámhosszat.

De megkérdezheti: "honnan tudom, hogy mi az" a "?". Nos, ha tudjuk, hogy a rács 500 „vonalt” tartalmaz mm -enként, ez azt jelenti, hogy 500 000 vonal van m -enként. Ha 1 m -et elosztunk 500 000 vonallal, akkor megkapjuk a köztük lévő távolságot, amely 2 µm. X -el és d -vel együtt most már kiszámíthatjuk a hullámhosszat.

Ne feledje, hogy ezek a távolságok méterben értendők. A hullámhosszot általában nano méterben (10^-9 m) fejezik ki, ezért fontolóra kell vennie, hogy a választ nanométerre szeretné-e konvertálni, vagy egyszerűen kifejezni a 10^-9-szeres értéket.

4. lépés: Eredmények

Ezt a kísérletet megismételtem a fenti grafikon elkészítéséhez. A táblázatban két sor látható (min és max). Ezek a maximális és minimális hullámhosszok, amelyeket maguk a lézerek jeleznek, így nagyjából tudtam, hogy mekkora legyen a hullámhossz, hogy lássam, helyes választ kaptam -e.

A számításokat tekintve a méréseim nem a maximális és minimális határokon belül vannak, de legalább konzisztensek. A mért és a várt különbség 4% és 10% között volt. Nem végeztem teljes bizonytalansági mérést, de nyilvánvaló, hogy a mérési technikák bizonytalanságot okoznak (azaz a képernyőhöz mért távolság mérése nem teljesen merőleges stb.). Még néhány el nem számolt hiba ellenére is úgy gondolom, hogy ez a tényleges hullámhossz igazságos ábrázolása, és tökéletesen demonstrálja a kettős réses kísérletet.

Ha kíváncsi a teljes eredményhalmazra, csatoltam az Excel fájlt, amellyel saját méréseit végezheti el. Most játszom a kollimáló lencsékkel és reflektorokkal, tudassa velem, ha érdekelne valami oktatható ezzel kapcsolatban, és ossza meg velünk véleményét a megjegyzésekben.