מדידת אורכי גל לייזר: 4 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

שלום לכולם, ברוכים הבאים לעוד מדריך! הפעם רציתי להכין הוראה קלה מאוד שתוכל לעשות כפרויקט ערב או סוף שבוע. כחלק מהלמידה המתמשכת שלי בספקטרופוטומטריה ניסיתי עם סורגי עקיפה ומונוכרומטורים ונקלעתי ל"ניסוי החריץ הכפול של יאנג ". זוהי התבוננות מרתקת כיצד אור האור נע (בגלים) וחושף את השפעת העקיפה באורכי גל שונים של אור.

החלטתי לנסות ולשכפל את הניסוי כדי לברר בעצמי איך זה עובד עם כמה מצביעי לייזר, ולראות אם אני יכול לגרום לניסוי לעבוד.

שלב 1: דרישות מוקדמות ובטיחות

לייזרים ממש מגניבים, אבל אזהרה לפני שנמשיך! התבוננות בלייזר או קרן מתנגשת חזקה עלולה לעוור אותך. במידת האפשר הייתי ממליץ להשתמש במשקפי בטיחות מסוננים בצבע כדי למנוע מקורות תועות לפגוע בעינייך.

מצביעי לייזר נמכרים לעתים קרובות כ"צעצועי חתול "וניתנים לכך שאני אוהב להקניט את החתול שלי עם זה, אבל מצאתי את הירוק חזק מאוד (כמעט בהיר מדי להביט בו). הם גם מתיימרים להיות פחות מ -5 מגה -וואט כוח אבל גיליתי פער גדול בין העוצמות של כל צבע (אני יכול להכין מד כוח אופטי כדי למדוד זאת בהוראה נפרדת?). אני בספק אם התווית תואמת את המציאות, מה שנגלה בקרוב כאשר נמדוד את אורכי הגל.

קניתי את החומרים הבאים לניסוי:

• מצביעי לייזר x3 (אדום, ירוק, כחול)
• עמדת חזרה
• שקופית סורג עקיפה (500 קווים למ"מ)
• נייר ועטים
• אחיזת בולדוג
• סרגל מדידה
• משקפי בטיחות

שלב 2: התקנת ציוד

המעמד צריך להיות מותקן כך שמצביע הלייזר מכוון כלפי מטה כלפי סורג העקיפה. הלייזר יעבור דרך הסורג ויוקרן על פיסת נייר בתחתית (המסך). כדי להגדיר זאת בצע את השלבים הפשוטים הבאים:

1. הניחו פיסת נייר בתחתית המעמד כדי ליצור מסך
2. הנח את הזרוע התחתונה של מעמד הרטור כ -10 ס"מ מעל המעמד
3. חבר את סורג העקיפה לזרוע התחתונה ואבטח אותו בעזרת אחיזת בולדוג
4. מניחים את הזרוע העליונה מעל סורג העקיפה (המרחק מעל הסורג לא משנה)
5. חבר את הלייזר לזרוע העליונה כך שהוא מכוון כך שהקורה תעבור דרך סורג העקיפה
6. שים את ציוד הבטיחות שלך ואז אתה מוכן לצלם כמה לייזרים!

שלב 3: ניסוי

כדי למצוא את אורך הגל של הלייזר אתה צריך למדוד את הפרדת השוליים. לשם כך בצע את השיטה הבאה:

1. כאשר הלייזרים פוגעים בנייר (מסך) רשום בעזרת עט היכן מתרחשים כתמי האור (אלה ידועים בשם אצבעות). הקפד לרשום את האמצעי ואת אלה משני הצדדים.
2. חזור על שלב 1 עבור כל צבע, וסמן את השוליים על הנייר
3. לאחר שעשית זאת עבור כל הלייזרים, מדוד את המרחק בין השוליים האמצעיים לשוליים הראשון שלידו (זה ידוע בשם השוליים מסדר ראשון).

(תוכלו להבחין כי ישנה אי התאמה בין התמונה למה שרשמתי בתוצאות שלי מאוחר יותר. זאת מכיוון שעשיתי זאת מספר פעמים כדי לקבוע אי וודאות במדידה).

אבל איך זה קשור לאורך הגל? המשוואה היא lambda = (a * x) / d, כאשר 'lambda' הוא אורך הגל במטר, 'a' הוא המרחק בין החריצים בסורג העקיפה, 'x' הוא הפרדת השוליים ו- 'd' הוא המרחק בין המסך לסורג. כל זה זמין עבורך להחליף את המשוואה כדי לתת לך את אורך הגל.

אבל אתה יכול לשאול "איך אני יודע מה זה" א "?". ובכן, אם אנו יודעים שלסורג יש 500 'קווים' למ"מ, זה אומר שיש 500, 000 קווים לכל מ '. אם נחלק 1 מ 'על 500, 000 קווים, נקבל את המרחק ביניהם שהוא 2 מיקרון. יחד עם x ו- d נוכל כעת לחשב את אורך הגל.

זכור שכל המרחקים הללו הם במטרים. אורך גל מתבטא בדרך כלל בננו מטרים (10^-9 מ '), כך שתצטרך לשקול אם אתה רוצה להמיר את התשובה שלך לננו-מטרים או פשוט אקספרס הוא משהו כפול 10^-9.

שלב 4: תוצאות

חזרתי על הניסוי הזה כדי להמחיש את הגרף שלמעלה. בטבלה ניתן לראות שתי שורות (דקות ומקסימום). אלה אורכי גל מקסימליים ומינימליים המצוינים בלייזרים עצמם, כך שידעתי בערך מה אורך הגל כדי לראות אם קיבלתי את התשובה הנכונה.

בהסתכלות על החישובים, המדידות שלי אינן נמצאות בגבול המקסימלי והמינימלי אך הן לפחות עקביות. ההבדל בין הנמדד והצפוי היה בין 4% ל -10%. לא ערכתי מדידת אי וודאות מלאה אך ניכר שתהיה אי וודאות על ידי טכניקות המדידה (כלומר מדידת המרחק למסך לא ניצב בצורה מושלמת וכו '). אפילו עם איזו טעות לא מפורטת אני מאמין שזהו ייצוג הוגן של אורכי הגל בפועל ומדגים בצורה מושלמת את ניסוי החריץ הכפול.

אם אתה מעוניין לראות את מכלול התוצאות שצירפתי את קובץ האקסל שבו תוכל להשתמש כדי לבצע מדידות משלך. אני כעת בתהליך של משחק עם עדשות מתקדמות ומחזירי אור, הודע לי אם אתה מעוניין במדריך בנושא, וספר לי מה דעתך על ההוראה המהירה הזו בתגובות.