Lāzera viļņu garuma mērīšana: 4 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Sveiki, laipni lūdzam citā pamācībā! Šoreiz es gribēju padarīt patiešām viegli pamācāmu, ko jūs varat darīt kā vakara vai nedēļas nogales projektu. Spektrofotometrijas apgūšanas laikā es eksperimentēju ar difrakcijas režģiem un monohromatoriem, un uzdūros "Janga dubultā spraugas eksperimentam". Tas ir aizraujošs novērojums par to, kā gaisma pārvietojas (viļņos), un atklāj difrakcijas ietekmi uz dažādiem gaismas viļņu garumiem.

Es nolēmu mēģināt atkārtot eksperimentu, lai pats uzzinātu, kā tas darbojās ar dažiem lāzera rādītājiem, un noskaidrotu, vai es varētu likt eksperimentam darboties.

1. solis: priekšnoteikumi un drošība

Lāzeri ir patiešām forši, bet brīdinājums, pirms mēs turpinām! Ieskatoties lāzerā vai spēcīgā kolimētā starā, jūs varat apžilbināt. Ja iespējams, es ieteiktu izmantot krāsainas filtrētas aizsargbrilles, lai novērstu klaiņojošu staru bojājumus acīs.

Lāzera norādes bieži tiek pārdotas kā “kaķu rotaļlietas”, un man patīk, ka man patīk ar to ķircināt savu kaķi, bet man šķita, ka zaļais ir ļoti spēcīgs (gandrīz pārāk gaišs, lai skatītos). Viņi arī apgalvo, ka jauda ir mazāka par 5 mW, bet es atklāju lielas atšķirības starp katras krāsas intensitāti (es varu izveidot optisko jaudas mērītāju, lai to izmērītu atsevišķā instrukcijā?). Es šaubos, vai etiķete atbilst realitātei, ko mēs drīz atklāsim, mērot viļņu garumus.

Eksperimentam es nopirku šādus materiālus:

• x3 lāzera norādes (sarkana, zaļa, zila)
• Atbildes stends
• Difrakcijas režģa slaids (500 līnijas uz mm)
• Papīrs un pildspalvas
• Bulldogs satver
• Mērīšanas lineāls
• Drošības brilles

2. darbība: aprīkojuma iestatīšana

Statīvam jābūt uzstādītam tā, lai lāzera rādītājs būtu vērsts uz leju pret difrakcijas režģi. Lāzers izies caur režģi un tiks projicēts uz papīra lapas apakšā (ekrānā). Lai to iestatītu, rīkojieties šādi:

1. Novietojiet papīra lapu statīva apakšā, lai izveidotu ekrānu
2. Novietojiet retorta statīva apakšējo roku apmēram 10 cm virs statīva
3. Pievienojiet difrakcijas režģi apakšējai rokai un nostipriniet to ar buldoga rokturi
4. Novietojiet augšdelmu virs difrakcijas režģa (attālumam virs režģa nav nozīmes)
5. Pievienojiet lāzeru augšdelmam tā, lai tas būtu vērsts tā, lai stars iet cauri difrakcijas režģim
6. Ielieciet savu drošības aprīkojumu un, un tad esat gatavs uzņemt dažus lāzerus!

3. darbība: eksperimentējiet

Lai atrastu lāzera viļņa garumu, jums jāizmēra bārkstis. Lai to izdarītu, rīkojieties šādi:

1. Kad lāzeri atsitās pret papīru (ekrānu), pierakstiet ar pildspalvu, kur parādās gaismas plankumi (tos sauc par pirkstiem). Noteikti pierakstiet vidējo un abas puses.
2. Atkārtojiet 1. darbību katrai krāsai, atzīmējot bārkstis uz papīra
3. Kad esat to izdarījis visiem lāzeriem, izmēriet attālumu starp vidējo bārkstiņu un blakus esošo 1. bārkstīm (to sauc par pirmās kārtas bārkstīm).

(Jūs pamanīsit, ka vēlāk pastāv atšķirība starp attēlu un to, ko esmu ierakstījis savos rezultātos. Tas ir tāpēc, ka es to darīju dažas reizes, lai noteiktu mērījuma nenoteiktību).

Bet kā tas attiecas uz viļņa garumu? Vienādojums ir lambda = (a * x) / d, kur 'lambda' ir viļņa garums metros, 'a' ir attālums starp spraugām difrakcijas režģī, 'x' ir bārkstis atdalījums, un 'd' ir attālums starp ekrānu un režģi. Tas viss ir pieejams, lai jūs varētu aizstāt vienādojumu, lai iegūtu viļņa garumu.

Bet jūs varētu jautāt "kā es varu zināt, kas ir" a "?". Ja mēs zinām, ka režģim ir 500 “līnijas” uz mm, tas nozīmē, ka uz 500 m ir 500 000 līniju. Sadalot 1 m ar 500 000 līniju, mēs iegūstam attālumu starp tām 2 µm. Kopā ar x un d tagad mēs varam aprēķināt viļņa garumu.

Atcerieties, ka visi šie attālumi ir metros. Viļņa garumu parasti izsaka nano metros (10^-9 m), tāpēc jums būs jāapsver, vai vēlaties pārvērst savu atbildi uz nano-metriem vai vienkārši izteikt ir kaut kas 10^-9.

4. solis: rezultāti

Es atkārtoju šo eksperimentu, lai izveidotu pamācību, lai izveidotu iepriekš redzamo grafiku. Tabulā var redzēt divas rindas (min un max). Tie ir maksimālie un minimālie viļņu garumi, kas norādīti uz pašiem lāzeriem, tāpēc es aptuveni zināju, kādam jābūt viļņa garumam, lai redzētu, vai esmu saņēmis pareizo atbildi.

Aplūkojot aprēķinus, mani mērījumi neatbilst maksimālajai un minimālajai robežai, bet tie ir vismaz konsekventi. Atšķirība starp izmērīto un paredzamo bija no 4% līdz 10%. Es neveicu pilnīgu nenoteiktības mērīšanu, bet ir acīmredzams, ka mērīšanas metodes radīs nenoteiktību (ti, attāluma mērīšana līdz ekrānam nav perpendikulāra utt.). Pat ar kādu neuzskaitītu kļūdu es uzskatu, ka tas ir patiess faktisko viļņu garumu attēlojums un lieliski parāda dubultās spraugas eksperimentu.

Ja jūs interesē redzēt visu rezultātu kopu, esmu pievienojis Excel failu, kuru varat izmantot, lai veiktu savus mērījumus. Pašlaik es spēlēju ar kolimējošām lēcām un atstarotājiem. Lūdzu, dariet man zināmu, vai jūs interesētu pamācība šajā jautājumā, un dariet man zināmu, ko jūs domājāt par šo ātro pamācību komentāros.