Lasergolflengten meten: 4 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Hallo allemaal, welkom bij een andere instructable! Deze keer wilde ik een heel gemakkelijke instructable maken die je als avond- of weekendproject kunt doen. Als onderdeel van mijn voortdurende leerproces in spectrofotometrie heb ik geëxperimenteerd met diffractieroosters en monochromators, en stuitte ik op "Young's dubbele spleetexperiment". Dit is een fascinerende observatie over hoe licht reist (in golven) en onthult het effect van diffractie voor verschillende golflengten van licht.

Ik besloot het experiment te repliceren om er zelf achter te komen hoe het werkte met enkele laserpointers, en om te kijken of ik het experiment kon laten werken.

Stap 1: Voorwaarden en veiligheid

Lasers zijn echt gaaf, maar een waarschuwing voordat we verder gaan! Als u in een laser of een sterke gecollimeerde straal kijkt, kunt u verblinden. Waar mogelijk raad ik het gebruik van een kleurgefilterde veiligheidsbril aan om te voorkomen dat verdwaalde stralen uw ogen beschadigen.

Laserpointers worden vaak verkocht als "kattenspeelgoed" en ik vind het heerlijk om mijn kat hiermee te plagen, maar ik vond de groene erg sterk (bijna te fel om naar te kijken). Ze beweren ook minder dan 5 mW aan vermogen te hebben, maar ik vond een groot verschil tussen de intensiteiten van elke kleur (ik kan een optische vermogensmeter maken om dit in een aparte instructable te meten?). Ik betwijfel of het label overeenkomt met de werkelijkheid, die we snel zullen ontdekken als we de golflengten meten.

Ik kocht de volgende materialen voor het experiment:

• x3 laserpointers (rood, groen, blauw)
• Een retort stand
• Een diffractieroosterschuif (500 lijnen per mm)
• Papier en pennen
• Bulldog-grepen
• Meetliniaal
• Veiligheidsbril

Stap 2: Apparatuur instellen

De standaard moet zo worden opgesteld dat de laserpointer naar beneden gericht is in de richting van het diffractierooster. De laser gaat door het rooster en wordt onderaan op een stuk papier (het scherm) geprojecteerd. Volg deze eenvoudige stappen om dit in te stellen:

1. Leg een stuk papier onderaan de standaard om een scherm te maken
2. Plaats de onderarm van de retortstandaard ongeveer 10 cm boven de standaard
3. Bevestig het diffractierooster aan de onderarm en zet het vast met een bulldoggreep
4. Plaats de bovenarm boven het diffractierooster (de afstand boven het rooster maakt niet uit)
5. Bevestig de laser aan de bovenarm zodat deze zo is gericht dat de straal door het diffractierooster gaat
6. Zet je veiligheidsuitrusting en, en dan ben je klaar om wat lasers te schieten!

Stap 3: Experimenteer

Om de golflengte van de laser te vinden, moet u de randscheiding meten. Volg hiervoor deze methode:

1. Wanneer de lasers het papier (scherm) raken, schrijf dan met een pen op waar de lichtvlekken ontstaan (deze worden vingers genoemd). Zorg ervoor dat je de middelste en die aan beide kanten opschrijft.
2. Herhaal stap 1 voor elke kleur en markeer de franjes op het papier
3. Als je dit voor alle lasers hebt gedaan, meet je de afstand tussen de middelste franje en de 1e franje ernaast (dit staat bekend als de 1e orde franje).

(Je zult merken dat er een discrepantie is tussen de afbeelding en wat ik later in mijn resultaten heb vastgelegd. Dit komt omdat ik dit een paar keer heb gedaan om de onzekerheid in de meting vast te stellen).

Maar hoe verhoudt dit zich tot golflengte? De vergelijking is lambda = (a * x) / d, waarbij 'lambda' de golflengte in meters is, 'a' de afstand tussen de spleten in het diffractierooster, 'x' de randscheiding en 'd' is de afstand tussen het scherm en het rooster. Dit alles is beschikbaar voor u om in de vergelijking te substitueren om u de golflengte te geven.

Maar je zou kunnen vragen "hoe weet ik wat 'a' is?". Als we weten dat het rooster 500 'lijnen' per mm heeft, betekent dat dat er 500.000 lijnen per m zijn. Als we 1 m delen door 500.000 lijnen, krijgen we de afstand ertussen die 2 µm is. Samen met x en d kunnen we nu de golflengte berekenen.

Onthoud dat al deze afstanden in meters zijn. Golflengte wordt meestal uitgedrukt in nanometers (10^-9 m), dus je moet overwegen of je je antwoord wilt converteren naar nanometers of gewoon wilt uitdrukken dat het iets keer 10^-9 is.

Stap 4: Resultaten

Ik herhaalde dit experiment voor deze instructable om de bovenstaande grafiek te produceren. In de tabel zie je twee rijen (min en max). Dit zijn maximale en minimale golflengten die op de lasers zelf worden aangegeven, dus ik wist ongeveer wat de golflengte moest zijn om te zien of ik het juiste antwoord kreeg.

Als ik naar de berekeningen kijk, vallen mijn metingen niet binnen de maximum- en minimumgrenzen, maar ze zijn in ieder geval consistent. Het verschil tussen de gemeten en verwachte was tussen de 4% en 10%. Ik heb geen volledige onzekerheidsmeting gedaan, maar het is duidelijk dat er onzekerheid zal ontstaan door de meettechnieken (d.w.z. dat de afstand tot het scherm niet perfect loodrecht is, enz.). Zelfs met een niet-verklaarde fout geloof ik dat dit een eerlijke weergave is van de werkelijke golflengten en perfect het dubbele spleet-experiment demonstreert.

Als u geïnteresseerd bent om de volledige reeks resultaten te zien, heb ik het Excel-bestand bijgevoegd dat u kunt gebruiken om uw eigen metingen uit te voeren. Ik ben nu aan het spelen met collimerende lenzen en reflectoren, laat het me weten als je geïnteresseerd zou zijn in een instructable hierover, en laat me weten wat je van deze snelle instructable vond in de comments.