Толқындардың лазерлік ұзындығын өлшеу: 4 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:26

Бәріне сәлем, тағы бір нұсқаулыққа қош келдіңіз! Бұл жолы мен сіздерге кешкі немесе демалыс күндері жасай алатын өте қарапайым нұсқаулық жасағым келді. Мен спектрофотометрия бойынша үздіксіз білім алу аясында мен дифракциялық торлар мен монохроматорлармен тәжірибе жүргіздім және «Янгтың қос жару экспериментіне» тап болдым. Бұл жарықтың әр түрлі толқын ұзындығына дифракцияның әсерін (толқын түрінде) қалай өтетіні туралы қызықты байқау.

Мен кейбір лазерлік көрсеткіштермен қалай жұмыс істегенін өзім білу үшін экспериментті қайталап көруді шештім және эксперимент жұмыс жасай алатынын білдім.

1 -қадам: алғышарттар мен қауіпсіздік

Лазерлер өте керемет, бірақ біз жалғастырар алдында ескерту! Лазерге немесе күшті коллимацияланған сәулеге қарау сізді соқыр етеді. Мүмкіндігінше, көзге зақым келтірмеу үшін түсті сүзгіленген қорғаныш көзілдірікті қолдануды ұсынар едім.

Лазерлік көрсеткіштер көбінесе «мысық ойыншықтары» ретінде сатылады және мен мысықты мазақтағанды ұнатамын, бірақ мен жасыл түсті өте күшті деп таптым (қарауға тым жарқын). Олар сондай -ақ қуаты 5 мВт -тан аз деп мәлімдейді, бірақ мен әр түстің қарқындылығы арасында үлкен айырмашылықты таптым (мен мұны бөлек нұсқаулықта өлшеу үшін оптикалық қуат өлшегіш жасай аламын ба?). Мен жапсырманың шындыққа сәйкес келетініне күмәнданамын, оны біз толқын ұзындығын өлшеген кезде көп ұзамай білетін боламыз.

Мен эксперимент үшін келесі материалдарды сатып алдым:

• x3 лазерлік көрсеткіштер (қызыл, жасыл, көк)
• Қатаң стенд
• Дифракциялық тордың сырғытпасы (мм -ге 500 жол)
• Қағаз мен қалам
• Бульдог ұстайды
• Өлшеуіш сызғыш
• Қауіпсіздік көзілдірігі

2 -қадам: жабдықты орнату

Тұғыр лазерлік көрсеткіш дифракциялық торға қарай бағытталған етіп орнатылуы керек. Лазер тордан өтеді және төменгі жағындағы қағазға (экранға) шығарылады. Оны орнату үшін мына қарапайым қадамдарды орындаңыз:

1. Экран жасау үшін стендтің төменгі жағына қағаз салыңыз
2. Реторт стендінің төменгі қолын тұғырдан шамамен 10 см жоғары қойыңыз
3. Дифракциялық торды төменгі қолға бекітіп, оны бульдог ұстағышымен бекітіңіз
4. Жоғарғы қолды дифракциялық тордың үстіне қойыңыз (тордың үстіндегі қашықтық маңызды емес)
5. Лазерді сәуленің дифракциялық тордан өтуіне бағытталған етіп бекітіңіз
6. Қауіпсіздік құралдарын қойыңыз, содан кейін лазерлерді түсіруге дайын болыңыз!

3 -қадам: Эксперимент

Лазердің толқын ұзындығын табу үшін жиектің бөлінуін өлшеу қажет. Ол үшін мына әдісті орындаңыз:

1. Лазерлер қағазға (экранға) тиген кезде, қаламның көмегімен жарық нүктелері пайда болатын жерді жазыңыз (бұл саусақтар деп аталады). Ортасын және екі жағын да жазғаныңызға көз жеткізіңіз.
2. Қағаздың жиектерін белгілеп, әр түс үшін 1 -қадамды қайталаңыз
3. Сіз мұны барлық лазерлер үшін жасағаннан кейін, ортаңғы жиек пен оның жанындағы 1 -ші жиектің арасындағы қашықтықты өлшеңіз (бұл бірінші реттік жиек деп аталады).

(Кейінірек менің нәтижелерімде сурет пен жазғандар арасында сәйкессіздік бар екенін байқайсыз. Бұл мен өлшеулердегі белгісіздікті анықтау үшін бірнеше рет жасағандықтан).

Бірақ бұл толқын ұзындығына қалай қатысты? Теңдеу lambda = (a * x) / d, мұнда 'lambda' - толқын ұзындығы метрмен, 'a' - дифракциялық тордағы саңылаулар арасындағы қашықтық, 'x' - шеткі бөлу және 'd' экран мен тор арасындағы қашықтық. Мұның бәрі сізге толқын ұзындығын беру үшін теңдеуді алмастыру үшін қол жетімді.

Бірақ сіз «а» дегенді қалай білемін? »Деп сұрауыңыз мүмкін. Егер тордың мм -ге 500 'сызығы бар екенін білетін болсақ, бұл 1 м -де 500 000 сызық бар екенін білдіреді. Егер біз 1м -ді 500 000 жолға бөлсек, олардың арасындағы қашықтық 2 мкм болады. Енді x және d көмегімен толқын ұзындығын есептей аламыз.

Есіңізде болсын, бұл қашықтықтардың барлығы метрмен. Толқын ұзындығы әдетте нано-метрмен (10^-9 м) өрнектеледі, сондықтан сіз өзіңіздің жауабыңызды нано-метрге айналдырғыңыз келе ме, әлде жай ғана экспресс 10^-9-ға тең болатынын ескеру қажет.

4 -қадам: Нәтижелер

Мен жоғарыдағы графикті шығару үшін осы тәжірибені қайталадым. Кестеде сіз екі жолды көре аласыз (мин және максимум). Бұл лазердің өзінде көрсетілген максималды және минималды толқын ұзындығы, сондықтан мен дұрыс жауап алдым ба, толқын ұзындығы қандай болуы керек екенін білдім.

Есептеулерге қарап, менің өлшемдерім максималды және минималды шектерде жатпайды, бірақ олар кем дегенде сәйкес келеді. Өлшенген мен күтілетін арасындағы айырмашылық 4% -дан 10% -ға дейін болды. Мен толық белгісіздік өлшеуін жүргізбедім, бірақ өлшеу әдістері арқылы белгісіздік болатыны анық (яғни экранға дейінгі қашықтықты перпендикулярлы емес өлшеу және т.б.). Тіпті кейбір есепсіз қателіктермен, бұл нақты толқын ұзындығының әділ бейнесі деп ойлаймын және қос саңылау экспериментін тамаша көрсетеді.

Егер сіз нәтижелердің толық жиынтығын көргіңіз келсе, мен excel файлын тіркедім, сіз өзіңіздің өлшеулеріңізді орындау үшін пайдалана аласыз. Мен қазір линзалар мен рефлекторлармен ойнау үстіндемін, егер сізге осы нұсқаулық қызықтыратын болса, маған айтыңыз және түсініктемелерде осы нұсқаулық туралы не ойлайтыныңызды айтыңыз.