Lazerio bangos ilgio matavimas: 4 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Sveiki visi, sveiki atvykę į kitą pamoką! Šį kartą norėjau padaryti tikrai lengvą pamoką, kurią galite padaryti kaip vakaro ar savaitgalio projektą. Besimokydamas spektrofotometrijos, aš eksperimentuodavau su difrakcinėmis grotelėmis ir monochromatoriais ir atsitiktinai susidurdavau su „Youngo dvigubo plyšio eksperimentu“. Tai žavus stebėjimas apie tai, kaip šviesa sklinda (bangomis), ir atskleidžia difrakcijos poveikį skirtingiems šviesos bangos ilgiams.

Nusprendžiau pabandyti pakartoti eksperimentą ir išsiaiškinti, kaip jis veikia su kai kuriomis lazerinėmis rodyklėmis, ir išsiaiškinti, ar pavyks atlikti eksperimentą.

1 žingsnis: būtinos sąlygos ir sauga

Lazeriai yra tikrai šaunūs, bet įspėjimas prieš tęsiant! Žvilgsnis į lazerį ar stiprų kolimuotą spindulį gali apakinti. Jei įmanoma, rekomenduočiau naudoti spalvotus filtruotus apsauginius akinius, kad klaidinančios sijos nepažeistų jūsų akių.

Lazerinės rodyklės dažnai parduodamos kaip „kačių žaislai“, ir aš myliu tuo erzinti savo katę, tačiau žalią radau labai stiprų (beveik per šviesų, kad galėčiau žiūrėti). Jie taip pat teigia esantys mažesni nei 5 mW galios, tačiau aš pastebėjau didelį skirtumą tarp kiekvienos spalvos intensyvumo (galiu padaryti optinį galios matuoklį, kad tai išmatuotų atskirame nurodyme?). Abejoju, ar etiketė atitinka tikrovę, kurią netrukus atrasime matuojant bangos ilgius.

Eksperimentui nusipirkau šias medžiagas:

• x3 lazeriniai rodyklės (raudona, žalia, mėlyna)
• Retorinis stendas
• Difrakcinės grotelės (500 eilučių / mm)
• Popierius ir rašikliai
• Buldogo rankenos
• Matavimo liniuotė
• Apsauginiai akiniai

2 žingsnis: įrangos sąranka

Stovas turi būti įrengtas taip, kad lazerinis žymeklis būtų nukreiptas žemyn link difrakcijos grotelių. Lazeris praeis per groteles ir bus projektuojamas ant popieriaus lapo apačioje (ekrane). Norėdami tai padaryti, atlikite šiuos paprastus veiksmus:

1. Padėkite popieriaus lapą stovo apačioje, kad padarytumėte ekraną
2. Apatinę retorto stovo ranką pastatykite maždaug 10 cm virš stovo
3. Pritvirtinkite difrakcines groteles prie apatinės rankos ir pritvirtinkite buldogo rankena
4. Padėkite viršutinę ranką virš difrakcinių grotelių (atstumas virš grotelių nesvarbus)
5. Pritvirtinkite lazerį prie žasto taip, kad jis būtų nukreiptas taip, kad spindulys eitų per difrakcines groteles
6. Įdėkite savo apsauginę įrangą ir tada būsite pasiruošę šaudyti lazeriais!

3 žingsnis: eksperimentuokite

Norėdami rasti lazerio bangos ilgį, turite išmatuoti pakraščio atskyrimą. Norėdami tai padaryti, atlikite šį metodą:

1. Kai lazeriai atsitrenkia į popierių (ekraną), rašikliu užsirašykite ten, kur atsiranda šviesių dėmių (tai vadinama pirštais). Būtinai užsirašykite vidurinį ir tuos, kurie yra abiejose pusėse.
2. Pakartokite 1 veiksmą kiekvienai spalvai, pažymėdami pakraščius ant popieriaus
3. Kai tai padarysite visiems lazeriams, išmatuokite atstumą tarp vidurinio pakraščio ir 1 -ojo pakraščio šalia jo (tai žinoma kaip 1 -osios pakraščio pakraštys).

(Pastebėsite, kad vėliau yra skirtumų tarp nuotraukos ir to, ką užfiksavau savo rezultatuose. Taip yra todėl, kad tai padariau keletą kartų, kad nustatyčiau matavimo neapibrėžtumą).

Bet kaip tai susiję su bangos ilgiu? Lygtis yra lambda = (a * x) / d, kur „lambda“yra bangos ilgis metrais, „a“yra atstumas tarp plyšių difrakcijos grotelėse, „x“yra pakraščio atskyrimas, o „d“yra atstumas tarp ekrano ir grotelių. Visa tai galite pakeisti į lygtį, kad gautumėte bangos ilgį.

Bet jūs galite paklausti „kaip aš galiu žinoti, kas yra„ a “?“. Na, jei žinome, kad grotelės turi 500 „linijų“/ mm, tai reiškia, kad yra 500 000 eilučių per m. Jei padalinsime 1 m iš 500 000 eilučių, tada atstumas tarp jų bus 2 µm. Kartu su x ir d dabar galime apskaičiuoti bangos ilgį.

Atminkite, kad visi šie atstumai yra metrais. Bangos ilgis paprastai išreiškiamas nano metrais (10^-9 m), todėl turėsite apsvarstyti, ar norite savo atsakymą paversti nano-metrais, ar tiesiog išreikšti yra kažkada 10^-9.

4 žingsnis: Rezultatai

Aš pakartojau šį eksperimentą, kad gaučiau aukščiau pateiktą grafiką. Lentelėje galite pamatyti dvi eilutes (min ir max). Tai yra didžiausi ir mažiausi bangos ilgiai, nurodyti ant pačių lazerių, todėl maždaug žinojau, koks turėtų būti bangos ilgis, kad pamatyčiau, ar gavau teisingą atsakymą.

Žvelgiant į skaičiavimus, mano matavimai neviršija maksimalių ir minimalių ribų, tačiau jie yra bent jau nuoseklūs. Skirtumas tarp išmatuoto ir tikėtino buvo nuo 4% iki 10%. Aš neatlikau viso neapibrėžtumo matavimo, tačiau akivaizdu, kad matavimo metodai sukels neapibrėžtumą (t. Y. Atstumo iki ekrano matavimas nėra visiškai statmenas ir pan.). Net ir su tam tikra neapskaityta klaida manau, kad tai yra teisingas faktinių bangų ilgių atvaizdavimas ir puikiai parodo dvigubo plyšio eksperimentą.

Jei jus domina visas rezultatų rinkinys, pridėjau „Excel“failą, kurį galite naudoti savo matavimams atlikti. Dabar aš žaidžiu su kolimuojančiais lęšiais ir atšvaitais, praneškite man, ar jus sudomintų instrukcija šiuo klausimu, ir praneškite man, ką manote apie šį greitą nurodymą komentaruose.