اندازه گیری طول موج لیزری: 4 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

سلام به همگی ، به یک برنامه آموزشی دیگر خوش آمدید! این بار می خواستم یک دستورالعمل بسیار آسان تهیه کنم که می توانید به عنوان یک پروژه عصرانه یا آخر هفته انجام دهید. به عنوان بخشی از یادگیری مداوم خود در زمینه اسپکتروفتومتری ، من با توری های پراش و تک رنگ آزمایش کرده ام و به "آزمایش دو شکاف یانگ" بر خوردم. این یک مشاهده جذاب در مورد نحوه حرکت نور (در امواج) است و اثر پراش را برای طول موج های مختلف نور آشکار می کند.

تصمیم گرفتم آزمایش را تکرار کنم تا بفهمم چگونه با برخی از نشانگرهای لیزری کار می کند و ببینم آیا می توانم آزمایش را عملی کنم.

مرحله 1: پیش نیازها و ایمنی

لیزرها واقعا جالب هستند ، اما قبل از ادامه کار هشداری هستیم! نگاه کردن به لیزر یا پرتوی قوی می تواند شما را کور کند. در صورت امکان ، استفاده از عینک ایمنی فیلتر رنگی را برای جلوگیری از آسیب دیدگی پرتوهای سرگردان به چشم توصیه می کنم.

نشانگرهای لیزری اغلب به عنوان "اسباب بازی گربه" فروخته می شوند و من دوست دارم که گربه خود را با این کار اذیت کنم ، اما من رنگ سبز را بسیار قوی دیدم (تقریباً برای دیدن بسیار روشن است). آنها همچنین می گویند که قدرت آنها کمتر از 5 مگاوات است ، اما من تفاوت زیادی بین شدت هر رنگ پیدا کردم (ممکن است یک متر قدرت نوری برای اندازه گیری این قدرت در یک دستورالعمل جداگانه بسازم؟). من تردید دارم که این برچسب با واقعیت مطابقت دارد ، که به محض اندازه گیری طول موج ها به آن پی خواهیم برد.

من مواد زیر را برای آزمایش خریدم:

• نشانگرهای لیزری x3 (قرمز ، سبز ، آبی)
• موضع پاسخگو
• اسلاید گریتینگ پراش (500 خط در میلی متر)
• کاغذ و قلم
• بولداگ چنگ می زند
• خط کش اندازه گیری
• عینک ایمنی

مرحله 2: راه اندازی تجهیزات

پایه باید طوری تنظیم شود که نشانگر لیزر به سمت توری پراش به سمت پایین باشد. لیزر از گریتینگ عبور کرده و بر روی یک تکه کاغذ در پایین (صفحه نمایش) قرار می گیرد. برای تنظیم این مراحل ساده را دنبال کنید:

1. یک تکه کاغذ را در انتهای پایه قرار دهید تا یک صفحه نمایش ایجاد شود
2. بازوی پایینی پایه عقب را حدود 10 سانتی متر بالاتر از پایه قرار دهید
3. توری پراش را به بازوی پایینی وصل کرده و آن را با گیره بولداگ محکم کنید
4. بالای بازو را بالای توری پراش قرار دهید (فاصله بالای توری مهم نیست)
5. لیزر را به قسمت بالای بازو وصل کنید تا طوری هدف قرار گیرد که پرتو از گریتینگ پراش عبور کند
6. وسایل ایمنی خود را قرار دهید و سپس آماده شلیک لیزر باشید!

مرحله 3: آزمایش کنید

برای یافتن طول موج لیزر ، باید جداسازی حاشیه را اندازه گیری کنید. برای انجام این کار این روش را دنبال کنید:

1. هنگامی که لیزرها به کاغذ (صفحه نمایش) برخورد می کنند ، با قلم در جایی که نقاط نورانی ایجاد می شود بنویسید (به انگشتان دست معروف هستند). مطمئن شوید که قسمت میانی و دو طرف را یادداشت کنید.
2. مرحله 1 را برای هر رنگ تکرار کنید ، حاشیه ها را روی کاغذ مشخص کنید
3. هنگامی که این کار را برای همه لیزرها انجام دادید ، فاصله بین حاشیه وسط و حاشیه 1 در کنار آن را اندازه گیری کنید (این به عنوان حاشیه درجه 1 شناخته می شود).

(متوجه خواهید شد که بین تصویر و آنچه بعداً در نتایج خود ثبت کرده ام اختلاف وجود دارد. این به این دلیل است که من چند بار این کار را برای تعیین عدم قطعیت در اندازه گیری انجام دادم).

اما این چگونه با طول موج ارتباط دارد؟ معادله lambda = (a * x) / d است ، جایی که 'lambda' طول موج بر متر است ، 'a' فاصله بین شکافها در گریت پراش ، 'x' جداسازی حاشیه ای و 'd' است فاصله بین صفحه و گریتینگ. همه اینها در اختیار شماست تا در معادله جایگزین کنید تا طول موج را به شما بدهد.

اما ممکن است بپرسید "چگونه می دانم" a "چیست؟". خوب ، اگر بدانیم که گریتینگ 500 خط در میلی متر دارد ، این بدان معناست که 500،000 خط در متر وجود دارد. اگر 1 متر را بر 500 ، 000 خط تقسیم کنیم ، فاصله بین آنها 2 میکرومتر می شود. اکنون با x و d می توان طول موج را محاسبه کرد.

به یاد داشته باشید که تمام این فاصله ها بر حسب متر است. طول موج معمولاً نانومتر (10^-9 متر) بیان می شود ، بنابراین باید در نظر بگیرید که آیا می خواهید پاسخ خود را به نانومتر تبدیل کنید یا به سادگی عددی برابر 10^-9 است.

مرحله 4: نتایج

من این آزمایش را برای این دستورالعمل برای تولید نمودار بالا تکرار کردم. در جدول می توانید دو ردیف (حداقل و حداکثر) را مشاهده کنید. این حداکثر و حداقل طول موج است که بر روی خود لیزرها نشان داده شده است ، بنابراین من تقریباً می دانستم طول موج باید چقدر باشد تا ببینم آیا پاسخ درست را دریافت کردم.

با نگاهی به محاسبات ، اندازه گیری های من در حداکثر و حداقل محدوده نیست ، اما حداقل یکسان است. تفاوت بین اندازه گیری شده و مورد انتظار بین 4 تا 10 درصد بود. من اندازه گیری عدم قطعیت کامل را انجام ندادم ، اما بدیهی است که با تکنیک های اندازه گیری عدم قطعیت ایجاد می شود (یعنی اندازه گیری فاصله تا عمودی صفحه و غیره). من معتقدم حتی با وجود برخی خطاهای نامشخص ، این یک نمایش عادلانه از طول موج واقعی است و آزمایش دو شکاف را کاملاً نشان می دهد.

اگر علاقه دارید مجموعه ای کامل از نتایج را مشاهده کنید ، فایل اکسل را ضمیمه کرده ام که می توانید برای اندازه گیری های خود از آن استفاده کنید. من در حال بازی با لنزها و بازتابنده های متحرک هستم ، اگر می خواهید در این مورد علاقه مند باشید ، به من اطلاع دهید و نظرات خود را در مورد این دستورالعمل سریع به من اطلاع دهید.