Mätning av laservåglängder: 4 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Hej alla, välkommen till en annan instruerbar! Den här gången ville jag göra en riktigt enkel instruerbar du kan göra som ett kvälls- eller helgprojekt. Som en del av mitt pågående lärande av spektrofotometri har jag experimenterat med diffraktionsgaller och monokromatorer och snubblat över "Youngs dubbelslits -experiment". Detta är en fascinerande observation om hur ljus färdas (i vågor) och avslöjar effekten av diffraktion för olika våglängder av ljus.

Jag bestämde mig för att försöka replikera experimentet för att själv ta reda på hur det fungerade med några laserpekare och se om jag kunde få experimentet att fungera.

Steg 1: Förutsättningar och säkerhet

Lasrar är riktigt coola, men en varning innan vi fortsätter! Att titta in i en laser eller en stark kollimerad stråle kan förblinda dig. Om möjligt skulle jag rekommendera att använda färgfiltrerade skyddsglasögon för att förhindra att strålande strålar skadar dina ögon.

Laserpekare säljs ofta som "kattleksaker" och jag älskar att reta min katt med detta, men jag tyckte att den gröna var väldigt stark (nästan för ljus för att titta på). De säger också att de är mindre än 5 mW effekt men jag fann en stor skillnad mellan intensiteten i varje färg (jag kan göra en optisk effektmätare för att mäta detta i en separat instruerbar?). Jag tvivlar på att etiketten matchar verkligheten, vilket vi snart kommer att upptäcka när vi mäter våglängderna.

Jag köpte följande material för experimentet:

• x3 laserpekare (röd, grön, blå)
• Ett replikställ
• En diffraktionsgaller (500 linjer per mm)
• Papper och pennor
• Bulldog grepp
• Mätande linjal
• Säkerhetsglasögon

Steg 2: Utrustningsinställningar

Stativet bör vara inställt så att laserpekaren är riktad ner mot diffraktionsgallret. Lasern passerar genom gallret och projiceras på ett papper längst ner (skärmen). Följ dessa enkla steg för att ställa in detta:

1. Lägg ett papper längst ner på stativet för att göra en skärm
2. Placera retortstativets underarm cirka 10 cm ovanför stativet
3. Fäst diffraktionsgallret på underarmen och säkra det med ett bulldoggrepp
4. Placera överarmen ovanför diffraktionsgallret (avståndet ovanför gallret spelar ingen roll)
5. Fäst lasern på överarmen så att den riktas så att strålen passerar genom diffraktionsgallret
6. Sätt på din säkerhetsutrustning och, och sedan är du redo att skjuta några lasrar!

Steg 3: Experimentera

För att hitta laserns våglängd måste du mäta franseparationen. För att göra detta, följ denna metod:

1. När lasrarna träffar papperet (skärmen) skriver du ner med en penna där ljusfläckarna uppstår (dessa kallas fingrar). Se till att du skriver ner den mellersta och de på båda sidor.
2. Upprepa steg 1 för varje färg och markera utkanterna på pappret
3. När du har gjort detta för alla lasrar mäter du avståndet mellan mittkanten och den första fransen bredvid den (detta kallas första ordningens utkant).

(Du kommer att märka att det är en skillnad mellan bilden och det jag har registrerat i mina resultat senare. Detta beror på att jag gjorde detta några gånger för att bestämma osäkerhet i mätningen).

Men hur förhåller sig detta till våglängd? Ekvationen är lambda = (a * x) / d, där 'lambda' är våglängden i meter, 'a' är avståndet mellan slitsarna i diffraktionsgallret, 'x' är franseparationen och 'd' är avståndet mellan skärmen och gallret. Allt detta är tillgängligt för dig att ersätta i ekvationen för att ge dig våglängden.

Men du kanske frågar "hur vet jag vad" a "är?". Tja, om vi vet att gallret har 500 'linjer' per mm, betyder det att det finns 500.000 linjer per m. Om vi delar 1 m med 500 000 linjer får vi avståndet mellan dem som är 2 µm. Tillsammans med x och d kan vi nu beräkna våglängden.

Kom ihåg att alla dessa avstånd är i meter. Våglängd uttrycks vanligtvis nanomätare (10^-9 m) så du måste överväga om du vill konvertera ditt svar till nanomätare eller helt enkelt uttrycka är något gånger 10^-9.

Steg 4: Resultat

Jag upprepade detta experiment för detta instruerbara för att ta fram grafen ovan. I tabellen kan du se två rader (min och max). Det här är maximala och lägsta våglängder som anges på själva lasrarna, så jag visste ungefär vad våglängden borde vara för att se om jag fick rätt svar.

När jag tittar på beräkningarna ligger mina mått inte inom max- och minimigränserna men de är åtminstone konsekventa. Skillnaden mellan det uppmätta och förväntade var mellan 4% och 10%. Jag gjorde inte en fullständig osäkerhetsmätning, men det är uppenbart att det kommer att finnas osäkerhet med mätteknikerna (dvs. att mäta avståndet till skärmen inte är helt vinkelrätt osv). Även med några felaktiga fel tror jag att detta är en rättvisande framställning av de faktiska våglängderna och perfekt visar experimentet med dubbelslits.

Om du är intresserad av att se hela uppsättningen resultat har jag bifogat Excel -filen som du kan använda för att utföra dina egna mätningar. Jag är nu i färd med att leka med kollimerande linser och reflektorer, meddela mig om du skulle vara intresserad av en instruerbar om detta, och låt mig veta vad du tyckte om denna snabba instruerbara i kommentarerna.