Messen von Laserwellenlängen - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Hallo zusammen, willkommen zu einem anderen instructable! Dieses Mal wollte ich ein wirklich einfaches anweisbares machen, das Sie als Abend- oder Wochenendprojekt machen können. Als Teil meines ständigen Lernens in der Spektrophotometrie habe ich mit Beugungsgittern und Monochromatoren experimentiert und bin über "Youngs Doppelspaltexperiment" gestolpert. Dies ist eine faszinierende Beobachtung über die Ausbreitung von Licht (in Wellen) und zeigt die Wirkung der Beugung für verschiedene Lichtwellenlängen.

Ich beschloss, das Experiment zu wiederholen, um selbst herauszufinden, wie es mit einigen Laserpointern funktionierte und ob ich das Experiment zum Laufen bringen konnte.

Schritt 1: Voraussetzungen und Sicherheit

Laser sind wirklich cool, aber eine Warnung, bevor wir weitermachen! Der Blick in einen Laser oder einen starken kollimierten Strahl kann Sie blenden. Wenn möglich, würde ich die Verwendung einer farbgefilterten Schutzbrille empfehlen, um zu verhindern, dass Streustrahlen Ihre Augen schädigen.

Laserpointer werden oft als "Katzenspielzeug" verkauft und ich liebe es, meine Katze damit zu ärgern, aber ich fand den grünen sehr stark (fast zu hell zum Anschauen). Sie behaupten auch, weniger als 5 mW Leistung zu haben, aber ich fand eine große Diskrepanz zwischen den Intensitäten jeder Farbe (ich kann einen optischen Leistungsmesser machen, um dies in einem separaten anweisbaren zu messen?). Ich bezweifle, dass das Etikett mit der Realität übereinstimmt, die wir bald feststellen werden, wenn wir die Wellenlängen messen.

Für das Experiment habe ich folgende Materialien gekauft:

• x3 Laserpointer (rot, grün, blau)
• Ein Retortenstand
• Ein Beugungsgitter-Objektträger (500 Linien pro mm)
• Papier und Stifte
• Bulldog-Griffe
• Messlineal
• Schutzbrille

Schritt 2: Geräteeinrichtung

Das Stativ sollte so aufgestellt werden, dass der Laserpointer nach unten auf das Beugungsgitter gerichtet ist. Der Laser durchdringt das Gitter und wird unten auf ein Blatt Papier (die Leinwand) projiziert. Um dies einzurichten, folgen Sie diesen einfachen Schritten:

1. Legen Sie ein Blatt Papier auf die Unterseite des Ständers, um einen Bildschirm zu erstellen
2. Platzieren Sie den Unterarm des Retortenständers ca. 10 cm über dem Ständer
3. Befestigen Sie das Beugungsgitter am Unterarm und sichern Sie es mit einem Bulldog-Griff
4. Platzieren Sie den Oberarm über dem Beugungsgitter (der Abstand über dem Gitter spielt keine Rolle)
5. Befestigen Sie den Laser so am Oberarm, dass er so ausgerichtet ist, dass der Strahl durch das Beugungsgitter geht
6. Legen Sie Ihre Sicherheitsausrüstung an und dann sind Sie bereit, ein paar Laser zu schießen!

Schritt 3: Experimentieren

Um die Wellenlänge des Lasers zu finden, müssen Sie den Streifenabstand messen. Folgen Sie dazu dieser Methode:

1. Wenn die Laser auf das Papier (Bildschirm) treffen, notieren Sie mit einem Stift, wo die Lichtflecken auftreten (diese werden als Finger bezeichnet). Achte darauf, dass du die mittlere und die auf beiden Seiten aufschreibst.
2. Wiederholen Sie Schritt 1 für jede Farbe und markieren Sie die Fransen auf dem Papier
3. Nachdem Sie dies für alle Laser getan haben, messen Sie den Abstand zwischen dem mittleren Streifen und dem daneben liegenden 1. Streifen (dies wird als Streifen 1. Ordnung bezeichnet).

(Sie werden feststellen, dass es eine Diskrepanz zwischen dem Bild und dem gibt, was ich später in meinen Ergebnissen aufgezeichnet habe. Dies liegt daran, dass ich dies ein paar Mal getan habe, um die Messunsicherheit zu bestimmen).

Aber was hat das mit der Wellenlänge zu tun? Die Gleichung lautet Lambda = (a * x) / d, wobei 'Lambda' die Wellenlänge in Metern ist, 'a' der Abstand zwischen den Schlitzen im Beugungsgitter ist, 'x' der Streifenabstand und 'd'. ist der Abstand zwischen Bildschirm und Gitter. All dies steht Ihnen zur Verfügung, um es in die Gleichung einzusetzen, um Ihnen die Wellenlänge zu geben.

Aber Sie könnten fragen: "Woher weiß ich, was 'a' ist?". Nun, wenn wir wissen, dass das Gitter 500 'Linien' pro mm hat, bedeutet das, dass es 500.000 Linien pro m gibt. Wenn wir 1m durch 500.000 Linien teilen, erhalten wir den Abstand zwischen ihnen, der 2 µm beträgt. Zusammen mit x und d können wir nun die Wellenlänge berechnen.

Denken Sie daran, dass alle diese Entfernungen in Metern angegeben sind. Die Wellenlänge wird normalerweise in Nanometern (10^-9 m) ausgedrückt. Sie müssen also überlegen, ob Sie Ihre Antwort in Nanometer umrechnen oder einfach etwas mit 10^-9 ausdrücken möchten.

Schritt 4: Ergebnisse

Ich wiederholte dieses Experiment für dieses anweisbare, um das obige Diagramm zu erzeugen. In der Tabelle sehen Sie zwei Zeilen (min und max). Dies sind maximale und minimale Wellenlängen, die auf den Lasern selbst angegeben sind, sodass ich ungefähr wusste, wie die Wellenlänge aussehen sollte, um zu sehen, ob ich die richtige Antwort erhalten habe.

Wenn man sich die Berechnungen ansieht, liegen meine Messungen nicht innerhalb der maximalen und minimalen Grenzen, aber sie sind zumindest konsistent. Der Unterschied zwischen gemessenem und erwartetem Wert lag zwischen 4% und 10%. Ich habe keine vollständige Unsicherheitsmessung durchgeführt, aber es ist offensichtlich, dass durch die Messtechniken eine Unsicherheit entsteht (dh die Messung des Abstands zum Bildschirm ist nicht perfekt senkrecht usw.). Selbst mit einigen unberücksichtigten Fehlern glaube ich, dass dies eine angemessene Darstellung der tatsächlichen Wellenlängen ist und das Doppelspaltexperiment perfekt demonstriert.

Wenn Sie daran interessiert sind, die vollständigen Ergebnisse zu sehen, habe ich die Excel-Datei angehängt, mit der Sie Ihre eigenen Messungen durchführen können. Ich bin jetzt dabei, mit Kollimationslinsen und Reflektoren zu spielen, lassen Sie es mich wissen, wenn Sie an einer Anleitung dazu interessiert sind, und lassen Sie mich in den Kommentaren wissen, was Sie über diese schnelle Anleitung gedacht haben.