Mengukur Panjang Gelombang Laser: 4 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Hai Semua, selamat datang ke instruksional lain! Kali ini saya ingin membuat pengajaran yang sangat mudah yang boleh anda lakukan sebagai projek petang atau hujung minggu. Sebagai sebahagian daripada pembelajaran berterusan saya ke dalam spektrofotometri, saya telah bereksperimen dengan kisi-kisi difraksi dan monokromator, dan tersandung pada "percubaan celah ganda Young". Ini adalah pemerhatian yang menarik tentang bagaimana cahaya bergerak (dalam gelombang) dan mendedahkan kesan difraksi untuk panjang gelombang cahaya yang berbeza.

Saya memutuskan untuk mencuba dan meniru eksperimen tersebut untuk mengetahui sendiri bagaimana ia berfungsi dengan beberapa petunjuk laser, dan melihat apakah saya dapat menjayakan eksperimen tersebut.

Langkah 1: Prasyarat dan Keselamatan

Laser betul-betul hebat, tetapi peringatan sebelum kami meneruskan! Melihat laser atau sinar berkolim yang kuat boleh membutakan anda. Sekiranya mungkin, saya akan mengesyorkan penggunaan kacamata keselamatan yang ditapis warna untuk mengelakkan sinar sesat merosakkan mata anda.

Petunjuk laser sering dijual sebagai "mainan kucing" dan saya suka menggoda kucing saya dengan ini, tetapi saya dapati yang hijau sangat kuat (hampir terlalu terang untuk dilihat). Mereka juga mengaku mempunyai kuasa kurang dari 5 mW tetapi saya mendapati perbezaan yang besar antara intensiti setiap warna (saya mungkin membuat meter kuasa optik untuk mengukurnya dengan arahan yang berasingan?). Saya ragu label itu sesuai dengan kenyataan, yang akan kita ketahui tidak lama lagi apabila kita mengukur panjang gelombang.

Saya membeli bahan berikut untuk percubaan:

• penunjuk laser x3 (merah, hijau, biru)
• Pendirian balas
• Slaid parutan difraksi (500 baris per mm)
• Kertas dan pen
• Bulldog mencengkam
• Pembaris pengukur
• Cermin mata keselamatan

Langkah 2: Persediaan Peralatan

Dudukan harus dipasang supaya penunjuk laser ditujukan ke bawah pada kisi difraksi. Laser akan melewati kisi dan diproyeksikan ke sehelai kertas di bahagian bawah (layar). Untuk mengaturnya, ikuti langkah mudah berikut:

1. Letakkan sehelai kertas di bahagian bawah dudukan untuk membuat skrin
2. Letakkan lengan bawah retort kira-kira 10 cm di atas dudukan
3. Pasang parutan difraksi ke lengan bawah dan selamatkan dengan pegangan bulldog
4. Letakkan lengan atas di atas parutan difraksi (jarak di atas kisi tidak menjadi masalah)
5. Pasang laser ke lengan atas sehingga ditujukan sehingga sinar melewati parutan difraksi
6. Letakkan alat keselamatan anda dan, kemudian siapkan anda untuk menembak laser!

Langkah 3: Eksperimen

Untuk mencari panjang gelombang laser, anda perlu mengukur pemisahan pinggiran. Untuk melakukan ini, ikuti kaedah ini:

1. Apabila laser memukul kertas (skrin) tuliskan dengan pen di mana bintik-bintik cahaya berlaku (ini dikenali sebagai jari). Pastikan anda menuliskan yang tengah dan yang di kedua sisi.
2. Ulangi langkah 1 untuk setiap warna, tandakan pinggiran di atas kertas
3. Setelah anda melakukan ini untuk semua laser, ukur jarak antara pinggir tengah dan pinggir ke-1 di sebelahnya (ini dikenali sebagai pinggiran urutan pertama).

(Anda akan melihat bahawa terdapat perbezaan antara gambar dan apa yang telah saya rakamkan dalam hasil saya kemudian. Ini kerana saya melakukan ini beberapa kali untuk menentukan ketidakpastian dalam pengukuran).

Tetapi bagaimana ini berkaitan dengan panjang gelombang? Persamaannya adalah lambda = (a * x) / d, di mana 'lambda' adalah panjang gelombang dalam meter, 'a' adalah jarak antara celah pada parutan difraksi, 'x' adalah pemisahan pinggiran, dan 'd' adalah jarak antara skrin dan parutan. Semua ini tersedia untuk anda ganti dengan persamaan untuk memberi anda panjang gelombang.

Tetapi anda mungkin bertanya "bagaimana saya tahu apa itu 'a'?". Nah, jika kita tahu kisi mempunyai 500 'garis' per mm, itu bermakna ada 500, 000 garis per m. Sekiranya kita membahagi 1m dengan 500, 000 garis, kita mendapat jarak di antara mereka iaitu 2 µm. Bersama dengan x dan d kita kini dapat mengira panjang gelombang.

Ingat bahawa semua jarak ini adalah dalam meter. Panjang gelombang biasanya dinyatakan nano meter (10 ^ -9 m) jadi anda perlu mempertimbangkan jika anda ingin menukar jawapan anda ke nano-meter atau hanya menyatakan adalah sesuatu yang 10 ^ -9.

Langkah 4: Hasil

Saya mengulangi eksperimen ini agar arahan ini dapat menghasilkan graf di atas. Dalam jadual anda dapat melihat dua baris (min dan maksimum). Ini adalah panjang gelombang maksimum dan minimum yang ditunjukkan pada laser itu sendiri, jadi saya tahu kira-kira berapa panjang gelombang yang harus saya lihat jika saya mendapat jawapan yang tepat.

Melihat pengiraannya, pengukuran saya tidak berada dalam batas maksimum dan minimum tetapi sekurang-kurangnya selaras. Perbezaan antara yang diukur dan yang diharapkan adalah antara 4% dan 10%. Saya tidak melakukan pengukuran ketidakpastian sepenuhnya tetapi jelas akan ada ketidakpastian yang diperkenalkan oleh teknik pengukuran (iaitu mengukur jarak ke skrin tidak tegak lurus dll). Walaupun dengan beberapa kesilapan yang tidak dapat dikira, saya percaya ini adalah gambaran yang tepat mengenai panjang gelombang sebenar dan menunjukkan percubaan slit berganda dengan sempurna.

Sekiranya anda berminat untuk melihat set keputusan yang lengkap, saya telah melampirkan fail excel yang boleh anda gunakan untuk melakukan pengukuran anda sendiri. Saya sekarang sedang dalam proses bermain dengan lensa dan reflektor penyatuan, beritahu saya jika anda berminat dengan arahan ini, dan beritahu saya apa pendapat anda mengenai arahan cepat ini dalam komen.