Măsurarea lungimilor de undă laser: 4 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Bună tuturor, bun venit la un alt instructable! De data aceasta am vrut să fac un lucru foarte ușor de instruit pe care îl poți face ca un proiect de seară sau de weekend. Ca parte a învățării mele continue în spectrofotometrie, am experimentat cu grătare de difracție și monocromatori și am dat peste „experimentul cu dublă fantă al lui Young”. Aceasta este o observație fascinantă despre cum se deplasează lumina (în unde) și dezvăluie efectul difracției pentru diferite lungimi de undă ale luminii.

Am decis să încerc să replic experimentul pentru a afla singur cum a funcționat cu niște indicatoare laser și să văd dacă aș putea face experimentul să funcționeze.

Pasul 1: premise și siguranță

Laserele sunt foarte cool, dar un avertisment înainte de a continua! Privirea într-un laser sau într-un fascicul puternic colimat vă poate orbi. Acolo unde este posibil, aș recomanda utilizarea ochelarilor de protecție filtrați prin culoare pentru a preveni raze rătăcite care vă vor afecta ochii.

Indicatoarele cu laser sunt adesea vândute ca „jucării pentru pisici” și mi-a fost acordat că îmi place să-mi tachinez pisica cu asta, dar am găsit-o pe cea verde foarte puternică (aproape prea strălucitoare pentru a o privi). De asemenea, ei mărturisesc că au o putere mai mică de 5 mW, dar am găsit o mare diferență între intensitățile fiecărei culori (aș putea face un contor optic de putere pentru a măsura acest lucru într-o instrucțiune separată?). Mă îndoiesc că eticheta se potrivește cu realitatea, pe care o vom descoperi în curând când vom măsura lungimile de undă.

Am cumpărat următoarele materiale pentru experiment:

• pointeri laser x3 (roșu, verde, albastru)
• Un stand de replică
• O lamă de grătar de difracție (500 de linii pe mm)
• Hârtie și pixuri
• Mânerele Bulldog
• Rigla de măsurare
• Ochelari de protectie

Pasul 2: Configurarea echipamentului

Suportul ar trebui să fie configurat astfel încât indicatorul laser să fie orientat în jos spre grila de difracție. Laserul va trece prin rețea și va fi proiectat pe o bucată de hârtie din partea de jos (ecranul). Pentru a configura acest lucru, urmați acești pași simpli:

1. Așezați o bucată de hârtie în partea de jos a suportului pentru a face un ecran
2. Așezați brațul inferior al suportului pentru replică la aproximativ 10 cm deasupra suportului
3. Atașați rețeaua de difracție pe brațul inferior și fixați-o cu un mâner pentru buldog
4. Așezați brațul superior deasupra rețelei de difracție (distanța deasupra rețelei nu contează)
5. Atașați laserul la brațul superior astfel încât să fie orientat astfel încât fasciculul să treacă prin rețeaua de difracție
6. Puneți-vă echipamentul de siguranță și apoi sunteți gata să trageți niște lasere!

Pasul 3: Experimentați

Pentru a găsi lungimea de undă a laserului, trebuie să măsurați separarea franjurilor. Pentru a face acest lucru, urmați această metodă:

1. Când laserele lovesc hârtia (ecranul) scrieți cu un stilou unde apar petele luminoase (acestea sunt cunoscute sub numele degetelor). Asigurați-vă că notați cea din mijloc și cele de pe ambele părți.
2. Repetați pasul 1 pentru fiecare culoare, marcând franjurile pe hârtie
3. Odată ce ați făcut acest lucru pentru toate laserele, măsurați distanța dintre franjura mijlocie și prima franjură de lângă acesta (aceasta este cunoscută sub numele de franjă de ordinul 1).

(Veți observa că există o discrepanță între imagine și ceea ce am înregistrat în rezultatele mele ulterior. Acest lucru se datorează faptului că am făcut acest lucru de câteva ori pentru a determina incertitudinea în măsurare).

Dar ce legătură are asta cu lungimea de undă? Ecuația este lambda = (a * x) / d, unde „lambda” este lungimea de undă în metri, „a” este distanța dintre fantele din rețeaua de difracție, „x” este separarea franjului și „d” este distanța dintre ecran și rețea. Toate acestea sunt disponibile pentru a le înlocui în ecuație pentru a vă oferi lungimea de undă.

Dar s-ar putea să întrebați „de unde știu ce este„ a”?”. Ei bine, dacă știm că rețeaua are 500 de "linii" pe mm, înseamnă că există 500, 000 de linii pe m. Dacă împărțim 1m la 500, 000 de linii, obținem distanța dintre ele care este de 2 µm. Împreună cu x și d putem calcula acum lungimea de undă.

Amintiți-vă că toate aceste distanțe sunt în metri. Lungimea de undă este de obicei exprimată în nanometri (10 ^ -9 m), deci va trebui să luați în considerare dacă doriți să convertiți răspunsul în nanometri sau pur și simplu să exprimați este ceva de 10 ori -9.

Pasul 4: Rezultate

Am repetat acest experiment pentru ca acest lucru instructabil să producă graficul de mai sus. În tabel puteți vedea două rânduri (min și max). Acestea sunt lungimile de undă maxime și minime care sunt indicate pe lasere, așa că am știut aproximativ care ar fi lungimea de undă pentru a vedea dacă am răspunsul corect.

Privind calculele, măsurătorile mele nu se încadrează în limitele maxime și minime, dar sunt cel puțin consistente. Diferența dintre măsurat și așteptat a fost între 4% și 10%. Nu am făcut o măsurare completă a incertitudinii, dar este evident că va exista incertitudine introdusă de tehnicile de măsurare (adică măsurarea distanței până la ecran nefiind perfect perpendiculare etc.). Chiar și cu o eroare nedeclarată, cred că aceasta este o reprezentare corectă a lungimilor de undă reale și demonstrează perfect experimentul cu dublă fantă.

Dacă sunteți interesat să vedeți setul complet de rezultate, am atașat fișierul Excel pe care îl puteți utiliza pentru a efectua propriile măsurători. Acum mă jucez cu lentile și reflectoare colimatoare, anunțați-mă dacă ați fi interesat de un instructable în acest sens și spuneți-mi ce ați părut despre acest instructable rapid în comentarii.