Měření vlnových délek laseru: 4 kroky (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Ahoj všichni, vítejte u dalšího instruktážního! Tentokrát jsem chtěl udělat opravdu snadný návod, který můžete udělat jako večerní nebo víkendový projekt. V rámci svého pokračujícího učení spektrofotometrie jsem experimentoval s difrakčními mřížkami a monochromátory a narazil jsem na „Youngův experiment s dvojitou štěrbinou“. Toto je fascinující pozorování toho, jak se světlo šíří (ve vlnách) a odhaluje účinek difrakce pro různé vlnové délky světla.

Rozhodl jsem se pokusit se replikovat experiment, abych sám zjistil, jak to funguje s některými laserovými ukazovátky, a zkusil bych, aby to experiment fungoval.

Krok 1: Předpoklady a bezpečnost

Lasery jsou opravdu skvělé, ale varování, než budeme pokračovat! Pohled do laseru nebo silného kolimovaného paprsku vás může oslepit. Pokud je to možné, doporučil bych použít barevně filtrované ochranné brýle, aby se zabránilo tomu, že vám zbloudilé paprsky poškodí oči.

Laserová ukazovátka se často prodávají jako „kočičí hračky“a přiznávám, že je milé dráždit tím svoji kočku, ale ta zelená mi přišla velmi silná (téměř příliš jasná, než aby se na ni dalo dívat). Tvrdí také, že mají méně než 5 mW výkonu, ale zjistil jsem velký rozdíl mezi intenzitami každé barvy (mohu vyrobit optický měřič výkonu, který by to změřil v samostatném pokynu?). Pochybuji, že se označení shoduje s realitou, což brzy zjistíme, když změříme vlnové délky.

K experimentu jsem koupil následující materiály:

• x3 laserová ukazovátka (červená, zelená, modrá)
• Retortový stojan
• Sklíčko pro difrakční mřížku (500 řádků na mm)
• Papír a pera
• Buldokové úchyty
• Měřicí pravítko
• Ochranné brýle

Krok 2: Nastavení zařízení

Stojan by měl být nastaven tak, aby laserové ukazovátko mířilo dolů k difrakční mřížce. Laser projde mřížkou a bude promítnut na kus papíru ve spodní části (obrazovka). Chcete -li to nastavit, postupujte podle těchto jednoduchých kroků:

1. Umístěte kousek papíru na spodní část stojanu a vytvořte obrazovku
2. Umístěte spodní rameno retortového stojanu asi 10 cm nad stojan
3. Připevněte difrakční mřížku na spodní rameno a zajistěte ji buldogovým úchopem
4. Umístěte paži nad difrakční mřížku (na vzdálenosti nad mřížkou nezáleží)
5. Připojte laser k nadloktí tak, aby mířil tak, aby paprsek procházel difrakční mřížkou
6. Nasaďte si bezpečnostní výstroj a pak jste připraveni střílet několik laserů!

Krok 3: Experimentujte

Chcete -li zjistit vlnovou délku laseru, musíte změřit oddělení okrajů. Postupujte takto:

1. Když lasery narazí na papír (obrazovku), zapište si pero, kde se vyskytují světelné skvrny (tyto jsou známé jako prsty). Nezapomeňte si napsat prostřední a ty na obou stranách.
2. Opakujte krok 1 pro každou barvu a označte třásně na papíře
3. Jakmile to uděláte pro všechny lasery, změřte vzdálenost mezi středním okrajem a 1. okrajem vedle něj (toto je známé jako třásně 1. řádu).

(Později si všimnete, že mezi obrázkem a tím, co jsem zaznamenal do svých výsledků, existuje rozpor. Důvodem je, že jsem to udělal několikrát, abych určil nejistotu měření).

Jak to ale souvisí s vlnovou délkou? Rovnice je lambda = (a * x) / d, kde „lambda“je vlnová délka v metrech, „a“je vzdálenost mezi štěrbinami v difrakční mřížce, „x“je okrajové oddělení a „d“je vzdálenost mezi obrazovkou a mřížkou. To vše je k dispozici pro dosazení do rovnice, abyste získali vlnovou délku.

Můžete se ale zeptat „jak poznám, co je to„ a “? Pokud víme, že mřížka má 500 „čar“na mm, znamená to, že existuje 500 000 čar na m. Vydělíme -li 1 m 500 000 řádky, dostaneme mezi nimi vzdálenost 2 µm. Spolu s x a d nyní můžeme vypočítat vlnovou délku.

Pamatujte, že všechny tyto vzdálenosti jsou v metrech. Vlnová délka je obvykle vyjádřena v nano metrech (10^-9 m), takže budete muset zvážit, zda chcete svou odpověď převést na nano metry nebo jednoduše vyjádřit něco krát 10^-9.

Krok 4: Výsledky

Opakoval jsem tento experiment pro tento instruktáž k vytvoření grafu výše. V tabulce vidíte dva řádky (min. A max.). Toto jsou maximální a minimální vlnové délky, které jsou uvedeny na samotných laserech, takže jsem přibližně věděl, jaká by měla být vlnová délka, abych zjistil, zda jsem dostal správnou odpověď.

Když se podívám na výpočty, moje měření neleží v mezích maxima a minima, ale jsou přinejmenším konzistentní. Rozdíl mezi naměřeným a očekávaným byl mezi 4% a 10%. Neudělal jsem úplné měření nejistoty, ale je zřejmé, že nejistota bude zavedena měřicími technikami (tj. Měření vzdálenosti od obrazovky nebude dokonale kolmé atd.). I s nějakou nezapočítanou chybou se domnívám, že toto je věrná reprezentace skutečných vlnových délek a dokonale ukazuje experiment s dvojitou štěrbinou.

Pokud máte zájem vidět celou sadu výsledků, připojil jsem soubor aplikace Excel, který můžete použít k provádění vlastních měření. Nyní si hraji s kolimačními čočkami a reflektory, dejte mi vědět, jestli byste měli zájem o instruktáž na toto téma, a dejte mi vědět, co si o tomto rychlém instruktu myslíte v komentářích.