Измерване на дължини на вълните на лазера: 4 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Здравейте всички, добре дошли в друга инструкция! Този път исках да направя наистина лесна инструкция, която можете да направите като вечерен или уикенд проект. Като част от непрекъснатото си изучаване на спектрофотометрията експериментирах с дифракционни решетки и монохроматори и се натъкнах на „експеримента с двойна цепка на Йънг“. Това е завладяващо наблюдение за това как светлината се движи (във вълни) и разкрива ефекта на дифракция за различни дължини на вълната на светлината.

Реших да опитам да повторя експеримента, за да разбера сам как работи с някои лазерни указатели и да видя дали мога да накарам експеримента да работи.

Стъпка 1: Предпоставки и безопасност

Лазерите са наистина страхотни, но предупреждение, преди да продължим! Гледането на лазер или силен колимиран лъч може да ви заслепи. Когато е възможно, бих препоръчал използването на цветни филтрирани защитни очила, за да предотвратите разсейването на разсеяните лъчи върху очите ви.

Лазерните указатели често се продават като „играчки за котки“и ми се струва, че обичам да дразня котката си с това, но намерих зелената за много силна (почти твърде ярка, за да я гледам). Те също твърдят, че са с по -малка от 5 mW мощност, но открих голямо несъответствие между интензитетите на всеки цвят (мога да направя оптичен измервател на мощността, за да го измервам в отделна инструкция?). Съмнявам се етикетът да съвпада с реалността, което скоро ще открием, когато измерим дължините на вълните.

Купих следните материали за експеримента:

• x3 лазерни указатели (червено, зелено, синьо)
• Стойка за реплика
• Плъзгач за дифракционна решетка (500 линии на мм)
• Хартия и химикалки
• Булдог хватки
• Измервателна линийка
• Предпазни очила

Стъпка 2: Настройка на оборудването

Стойката трябва да бъде настроена така, че лазерният показалец да е насочен надолу към дифракционната решетка. Лазерът ще премине през решетката и ще бъде проектиран върху лист хартия в долната част (екрана). За да настроите това, следвайте тези прости стъпки:

1. Поставете лист хартия в долната част на стойката, за да направите екран
2. Поставете долната ръка на стойката за реторта на около 10 см над стойката
3. Прикрепете дифракционната решетка към долната част на рамото и я закрепете с дръжка за булдог
4. Поставете горната ръка над дифракционната решетка (разстоянието над решетката няма значение)
5. Прикрепете лазера към горната част на ръката, така че да е насочен, така че лъчът да премине през дифракционната решетка
6. Сложете предпазното си оборудване и след това сте готови да стреляте с няколко лазера!

Стъпка 3: Експериментирайте

За да намерите дължината на вълната на лазера, трябва да измерите разделянето на ръба. За да направите това, следвайте този метод:

1. Когато лазерите ударят хартията (екрана), запишете с химикалка, където се появяват светлинните петна (те са известни като пръсти). Запишете средния и тези от двете страни.
2. Повторете стъпка 1 за всеки цвят, маркирайки ресните върху хартията
3. След като направите това за всички лазери, измерете разстоянието между средната ресни и 1 -вата ресни до нея (това е известно като ресни от първи ред).

(Ще забележите, че има несъответствие между картината и това, което съм записал в резултатите си по -късно. Това е така, защото направих това няколко пъти, за да определя несигурността в измерването).

Но как това е свързано с дължината на вълната? Уравнението е lambda = (a * x) / d, където "lambda" е дължината на вълната в метри, "a" е разстоянието между процепите в дифракционната решетка, "x" е разделянето на ръба, а "d" е разстоянието между екрана и решетката. Всичко това е на ваше разположение, за да го замените в уравнението, за да ви даде дължината на вълната.

Но може да попитате „откъде да знам какво е„ а “?“. Е, ако знаем, че решетката има 500 „линии“на mm, това означава, че има 500 000 линии на m. Ако разделим 1m на 500 000 линии, получаваме разстоянието между тях 2 μm. Заедно с x и d вече можем да изчислим дължината на вълната.

Не забравяйте, че всички тези разстояния са в метри. Дължината на вълната обикновено се изразява в нанометри (10^-9 m), така че ще трябва да помислите дали искате да преобразувате отговора си в нанометри или просто да изразите нещо по 10^-9.

Стъпка 4: Резултати

Повторих този експеримент за тази инструкция за получаване на графиката по -горе. В таблицата можете да видите два реда (мин. И макс.). Това са максимални и минимални дължини на вълните, които са посочени на самите лазери, така че знаех приблизително каква трябва да бъде дължината на вълната, за да видя дали съм получил правилния отговор.

Като гледам изчисленията, моите измервания не са в максималните и минималните граници, но поне са последователни. Разликата между измереното и очакваното е между 4% и 10%. Не съм направил пълно измерване на несигурността, но е очевидно, че ще има несигурност, въведена от измервателните техники (т.е. измерването на разстоянието до екрана не е перфектно перпендикулярно и т.н.). Дори и с някои неизчислени грешки, вярвам, че това е справедливо представяне на действителните дължини на вълните и перфектно демонстрира експеримента с двойна цепка.

Ако се интересувате да видите пълния набор от резултати, прикачих файла Excel, който можете да използвате, за да извършите свои собствени измервания. Сега съм в процес на игра с колимиращи лещи и рефлектори, уведомете ме, ако бихте се интересували от инструкции по този въпрос, и ме уведомете какво мислите за тази бърза инструкция в коментарите.