Laserin aallonpituuksien mittaus: 4 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Hei kaikki, tervetuloa toiseen opettavaiseen! Tällä kertaa halusin tehdä todella helpon ohjattavan, jonka voit tehdä ilta- tai viikonloppuprojektina. Osana jatkuvaa spektrofotometrian oppimista olen kokeillut diffraktiohiiloja ja monokromaattoreita ja törmännyt "Youngin kaksoisrako -kokeeseen". Tämä on kiehtova havainto siitä, miten valo kulkee (aaltoina) ja paljastaa diffraktion vaikutuksen eri valon aallonpituuksille.

Päätin kokeilla ja toistaa kokeen selvittääkseni itse, miten se toimi joidenkin laserosoittimien kanssa, ja katsoakseni, saisinko kokeilun toimimaan.

Vaihe 1: Edellytykset ja turvallisuus

Laserit ovat todella siistejä, mutta varoitus ennen kuin jatkamme! Laserin tai voimakkaan kollimoidun säteen katseleminen voi sokeuttaa sinut. Jos mahdollista, suosittelen värisuodatettujen suojalasien käyttöä, jotta hajapalkit eivät vahingoita silmiäsi.

Laserosoittimia myydään usein "kissojen leluina", ja myönnän rakastavani kiusata kissaani tällä, mutta löysin vihreän erittäin vahvan (melkein liian kirkas katsomaan). Ne väittävät myös olevan alle 5 mW: n teholla, mutta havaitsin suuren eron kunkin värin voimakkuuksien välillä (voin tehdä optisen tehomittarin mittaamaan tämän erillisellä ohjeella?). Epäilen, että etiketti vastaa todellisuutta, jonka huomaamme pian mittaamalla aallonpituuksia.

Ostin kokeilua varten seuraavat materiaalit:

• x3 laserosoitinta (punainen, vihreä, sininen)
• Palautusjalusta
• Diffraktiohilan liuku (500 riviä / mm)
• Paperi ja kynät
• Bulldog -kahvat
• Mittausviivain
• Suojalasit

Vaihe 2: Laitteiden asennus

Jalusta on asennettava siten, että laserosoitin on suunnattu alas kohti diffraktiohilaa. Laser kulkee ritilän läpi ja heijastetaan paperin alareunaan (valkokankaalle). Määritä tämä seuraavasti:

1. Aseta paperi jalustan alaosaan näytön luomiseksi
2. Aseta retortitelineen alavartta noin 10 cm jalustan yläpuolelle
3. Kiinnitä diffraktio ritilä alavarteen ja kiinnitä se bulldog -kahvalla
4. Aseta olkavarsi diffraktioristikon yläpuolelle (etäisyydellä ritilän yläpuolella ei ole väliä)
5. Kiinnitä laser olkavarteen siten, että se on suunnattu siten, että säde kulkee diffraktiohilan läpi
6. Laita turvavarusteet ja, ja sitten olet valmis ampumaan lasereita!

Vaihe 3: Kokeile

Laserin aallonpituuden löytämiseksi sinun on mitattava reunojen välinen etäisyys. Voit tehdä tämän seuraavasti:

1. Kun laserit osuvat paperiin (seulaan), kirjoita muistiin kynällä, missä valopisteitä esiintyy (nämä tunnetaan sormina). Muista kirjoittaa keskimmäinen ja molemmat puolet.
2. Toista vaihe 1 jokaiselle värille ja merkitse reunat paperille
3. Kun olet tehnyt tämän kaikille lasereille, mittaa keskimmäisen reunan ja sen vieressä olevan ensimmäisen reunan välinen etäisyys (tämä tunnetaan ensimmäisen kertaluvun reunana).

(Huomaat, että kuvan ja tulosteni tulosten välillä on eroja myöhemmin. Tämä johtuu siitä, että tein tämän muutaman kerran mittauksen epävarmuuden määrittämiseksi.)

Mutta miten tämä liittyy aallonpituuteen? Yhtälö on lambda = (a * x) / d, jossa 'lambda' on aallonpituus metreinä, 'a' on etäisyys diffraktiohilan rakoista, 'x' on reunan erotus ja 'd' on näytön ja ritilän välinen etäisyys. Kaikki tämä on käytettävissä, jotta voit korvata yhtälön antamaan sinulle aallonpituuden.

Mutta saatat kysyä "mistä tiedän, mikä on" a "?". No, jos tiedämme, että ritilällä on 500 "viivaa" millimetriä kohden, se tarkoittaa, että on 500 000 viivaa per m. Jos jaamme 1 metrin 500 000 viivalla, saamme niiden välisen etäisyyden 2 µm. Yhdessä x: n ja d: n kanssa voimme nyt laskea aallonpituuden.

Muista, että kaikki nämä etäisyydet ovat metrejä. Aallonpituus ilmaistaan yleensä nano-metreinä (10^-9 m), joten sinun on harkittava, haluatko muuntaa vastauksesi nano-metreiksi vai yksinkertaisesti ilmaista on jotain kertaa 10^-9.

Vaihe 4: Tulokset

Toistin tämän kokeen tätä ohjeellista varten yllä olevan kaavion tuottamiseksi. Taulukossa näkyy kaksi riviä (min ja max). Nämä ovat suurimmat ja pienimmät aallonpituudet, jotka on ilmoitettu itse lasereissa, joten tiesin suunnilleen, mikä aallonpituuden pitäisi olla nähdäkseni, sainko oikean vastauksen.

Laskelmia tarkasteltaessa mittaukseni eivät ole enimmäis- ja vähimmäisrajojen sisällä, mutta ne ovat ainakin johdonmukaisia. Ero mitatun ja odotetun välillä oli 4–10%. En tehnyt täydellistä epävarmuusmittausta, mutta on selvää, että mittaustekniikoilla (eli etäisyyden mittaaminen näytölle ei ole täysin kohtisuora jne.) Syntyy epävarmuutta. Jopa jonkin kirjanpidollisen virheen vuoksi uskon, että tämä on oikeudenmukainen esitys todellisista aallonpituuksista ja osoittaa täydellisesti kaksinkertaisen raon kokeen.

Jos olet kiinnostunut näkemään kaikki tulokset, olen liittänyt Excel -tiedoston, jota voit käyttää omien mittaustesi suorittamiseen. Olen parhaillaan leikkimässä kollimoivilla linssillä ja heijastimilla, kerro minulle, jos olisit kiinnostunut ohjeesta tässä asiassa, ja kerro minulle, mitä ajattelit tästä nopeasta ohjeesta kommenteissa.