Mesura de les longituds d'ona del làser: 4 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Hola a tots, benvinguts a un altre instructiu! Aquesta vegada volia fer un instructiu molt fàcil que puguis fer com a projecte de nit o cap de setmana. Com a part del meu aprenentatge continu en espectrofotometria, he estat experimentant amb reixes de difracció i monocromadors, i he trobat el "experiment de doble escletxa de Young". Es tracta d’una fascinant observació sobre com viatja la llum (en ones) i revela l’efecte de la difracció per a diferents longituds d’ona de la llum.

Vaig decidir provar de replicar l'experiment per saber per si mateix com funcionava amb alguns indicadors làser i veure si podia fer que l'experiment funcionés.

Pas 1: requisits previs i seguretat

Els làsers són realment genials, però cal advertir-los abans de continuar. Mirar un làser o un fort feix colimat pot cegar-vos. Sempre que sigui possible, recomano l'ús d'ulleres de seguretat filtrades amb color per evitar que els feixos perduts us facin malbé els ulls.

Els punteros làser es venen sovint com a "joguines de gats" i m'encanta provocar-ho amb el meu gat, però el verd el trobo molt fort (gairebé massa brillant per mirar-lo). També professen tenir menys de 5 mW de potència, però he trobat una gran disparitat entre les intensitats de cada color (puc fer un mesurador de potència òptic per mesurar-ho en un instructable separat?). Dubto que l’etiqueta coincideixi amb la realitat, que aviat descobrirem quan mesurem les longituds d’ona.

Vaig comprar els materials següents per a l'experiment:

• punteres làser x3 (vermell, verd, blau)
• Un suport de rèplica
• Un portaobjectes de difracció (500 línies per mm)
• Paper i bolígrafs
• Mànecs de bulldog
• Regle de mesura
• Ulleres de seguretat

Pas 2: Configuració de l'equip

El suport s'hauria de configurar de manera que el punter làser estigui dirigit cap a la reixa de difracció. El làser passarà per la reixa i es projectarà sobre un tros de paper a la part inferior (la pantalla). Per configurar-ho, seguiu aquests senzills passos:

1. Col·loqueu un tros de paper a la part inferior del suport per fer una pantalla
2. Col·loqueu el braç inferior del suport de la rèplica uns 10 cm per sobre del suport
3. Col·loqueu la reixa de difracció al braç inferior i fixeu-la amb una empunyadura de bulldog
4. Col·loqueu el braç superior per sobre de la reixa de difracció (la distància per sobre de la reixa no importa)
5. Connecteu el làser al braç superior perquè estigui dirigit de manera que el feix passi a través de la reixa de difracció
6. Poseu el vostre equip de seguretat i, a continuació, llest per disparar uns làsers.

Pas 3: experiment

Per trobar la longitud d'ona del làser cal mesurar la separació de serrells. Per fer-ho, seguiu aquest mètode:

1. Quan els làsers colpegen el paper (pantalla), anoteu amb un bolígraf on es produeixen les taques de llum (es coneixen com a dits). Assegureu-vos que escriviu el mig i els dels dos costats.
2. Repetiu el pas 1 per a cada color, marcant els serrells del paper
3. Un cop fet això per a tots els làsers, mesureu la distància entre la franja mitjana i la primera franja que hi ha al costat (es coneix com la franja de primer ordre).

(Notareu que hi ha una discrepància entre la imatge i el que he registrat als meus resultats més endavant. Això és degut a que ho vaig fer algunes vegades per determinar la incertesa en la mesura).

Però, com es relaciona això amb la longitud d'ona? L'equació és lambda = (a * x) / d, on "lambda" és la longitud d'ona en metres, "a" és la distància entre les escletxes de la reixa de difracció, "x" és la separació de franges i "d" és la distància entre la pantalla i la reixa. Tot això està disponible per substituir l’equació per donar-li la longitud d’ona.

Però us podeu preguntar "com sé què és" a "?". Bé, si sabem que la reixa té 500 "línies" per mm, vol dir que hi ha 500.000 línies per m. Si dividim 1m per 500.000 línies, obtindrem la distància entre elles que és de 2 µm. Juntament amb x i d ara podem calcular la longitud d’ona.

Recordeu que totes aquestes distàncies són en metres. La longitud d’ona normalment s’expressa en nanòmetres (10 ^ -9 m), de manera que haureu de tenir en compte si voleu convertir la vostra resposta en nanòmetres o simplement expressar és alguna cosa més gran que 10 ^ -9.

Pas 4: Resultats

Vaig repetir aquest experiment per fer-lo instructiu per produir el gràfic anterior. A la taula podeu veure dues files (mínima i màxima). Es tracta de longituds d’ona màxima i mínima que s’indiquen als mateixos làsers, de manera que sabia aproximadament quina hauria de ser la longitud d’ona per veure si aconseguia la resposta correcta.

Veient els càlculs, les meves mesures no es troben dins dels límits màxim i mínim, però almenys són consistents. La diferència entre el mesurat i l'esperat va estar entre el 4% i el 10%. No vaig fer una mesura d’incertesa completa, però és obvi que hi haurà incertesa introduïda per les tècniques de mesura (és a dir, mesurar la distància a la pantalla no ser perfectament perpendiculars, etc.). Fins i tot amb algun error sense explicar, crec que es tracta d’una representació justa de les longituds d’ona reals i que demostra perfectament l’experiment de doble escletxa.

Si esteu interessats en veure el conjunt complet de resultats, he adjuntat el fitxer Excel que podeu utilitzar per realitzar les vostres pròpies mesures. Ara estic jugant amb lents i reflectors col·limatius, feu-me saber si us interessa obtenir informació sobre això i feu-me saber què vau pensar sobre aquesta instrucció ràpida als comentaris.