Đo bước sóng laser: 4 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Xin chào tất cả, chào mừng đến với một hướng dẫn khác! Lần này tôi muốn tạo ra một hướng dẫn thực sự dễ dàng mà bạn có thể làm như một dự án buổi tối hoặc cuối tuần. Là một phần của quá trình học liên tục về phép đo quang phổ, tôi đã thử nghiệm với cách tử nhiễu xạ và máy đơn sắc, và tình cờ gặp "thí nghiệm khe kép của Young". Đây là một quan sát hấp dẫn về cách ánh sáng truyền đi (dưới dạng sóng) và tiết lộ ảnh hưởng của nhiễu xạ đối với các bước sóng ánh sáng khác nhau.

Tôi quyết định thử và lặp lại thí nghiệm để tự mình tìm hiểu xem nó hoạt động như thế nào với một số con trỏ laser và xem liệu tôi có thể làm cho thí nghiệm hoạt động hay không.

Bước 1: Điều kiện tiên quyết và An toàn

Tia laser thực sự tuyệt vời, nhưng một lời cảnh báo trước khi chúng ta tiếp tục! Nhìn vào tia laser hoặc chùm tia chuẩn trực mạnh có thể làm bạn bị mù. Nếu có thể, tôi khuyên bạn nên sử dụng kính an toàn được lọc màu để ngăn chặn chùm tia đi lạc làm hỏng mắt của bạn.

Con trỏ laser thường được bán dưới dạng "đồ chơi cho mèo" và tôi rất thích chọc ghẹo con mèo của mình bằng thứ này, nhưng tôi thấy cái màu xanh lục rất mạnh (gần như quá sáng để nhìn vào). Họ cũng tuyên bố là công suất dưới 5 mW nhưng tôi nhận thấy có sự chênh lệch lớn giữa các cường độ của mỗi màu (tôi có thể chế tạo một máy đo công suất quang học để đo mức này trong một tài liệu hướng dẫn riêng được không?). Tôi nghi ngờ nhãn phù hợp với thực tế, mà chúng ta sẽ sớm khám phá ra khi đo bước sóng.

Tôi đã mua các vật liệu sau cho cuộc thử nghiệm:

• con trỏ laser x3 (đỏ, lục, lam)
• Một giá đỡ phản bác
• Một slide cách tử nhiễu xạ (500 dòng trên mm)
• Giấy và bút
• Nắm bulldog
• Thước đo
• Kính bảo vệ

Bước 2: Thiết lập thiết bị

Giá đỡ phải được thiết lập sao cho con trỏ laser hướng xuống phía cách tử nhiễu xạ. Tia laser sẽ đi qua cách tử và được chiếu vào một mảnh giấy ở phía dưới (màn hình). Để thiết lập điều này, hãy làm theo các bước đơn giản sau:

1. Đặt một mảnh giấy ở dưới cùng của giá đỡ để làm màn hình
2. Đặt cánh tay dưới của giá đỡ vặn lại cách giá đỡ khoảng 10 cm
3. Gắn cách tử nhiễu xạ vào cánh tay dưới và cố định nó bằng một tay cầm bulldog
4. Đặt cánh tay trên phía trên cách tử nhiễu xạ (khoảng cách phía trên cách tử không quan trọng)
5. Gắn tia laser vào cánh tay trên sao cho chùm tia đi qua cách tử nhiễu xạ
6. Đặt thiết bị an toàn của bạn và, sau đó sẵn sàng để bắn một số tia laser!

Bước 3: Thử nghiệm

Để tìm bước sóng của tia laser, bạn cần đo độ phân tách rìa. Để làm điều này, hãy làm theo phương pháp sau:

1. Khi các tia laser chiếu vào giấy (màn hình), hãy dùng bút ghi lại nơi xuất hiện các đốm sáng (chúng được gọi là các ngón tay). Hãy chắc chắn rằng bạn viết ra cái ở giữa và những cái ở cả hai bên.
2. Lặp lại bước 1 cho mỗi màu, đánh dấu các tua trên giấy
3. Khi bạn đã làm điều này cho tất cả các tia laser, hãy đo khoảng cách giữa rìa giữa và rìa thứ nhất bên cạnh nó (đây được gọi là rìa bậc 1).

(Bạn sẽ nhận thấy rằng có sự khác biệt giữa hình ảnh và những gì tôi đã ghi lại trong kết quả của mình sau này. Điều này là do tôi đã làm điều này một vài lần để xác định độ không chắc chắn trong phép đo).

Nhưng điều này liên quan như thế nào đến bước sóng? Phương trình là lambda = (a * x) / d, trong đó 'lambda' là bước sóng tính bằng mét, 'a' là khoảng cách giữa các khe trong cách tử nhiễu xạ, 'x' là khoảng cách rìa và 'd' là khoảng cách giữa màn hình và cách tử. Tất cả điều này có sẵn để bạn thay thế vào phương trình để cung cấp cho bạn bước sóng.

Nhưng bạn có thể hỏi "làm thế nào để tôi biết 'a' là gì?". Chà, nếu chúng ta biết cách tử có 500 'dòng' trên mm, nghĩa là có 500, 000 dòng trên m. Nếu chúng ta chia 1m cho 500, 000 dòng, chúng ta nhận được khoảng cách giữa chúng là 2 µm. Cùng với x và d, bây giờ chúng ta có thể tính được bước sóng.

Hãy nhớ rằng tất cả các khoảng cách này đều tính bằng mét. Bước sóng thường được biểu thị bằng nano mét (10 ^ -9 m), vì vậy bạn sẽ cần cân nhắc nếu muốn chuyển câu trả lời của mình thành nano mét hoặc đơn giản là biểu thị là một cái gì đó nhân 10 ^ -9.

Bước 4: Kết quả

Tôi đã lặp lại thí nghiệm này cho hướng dẫn này để tạo ra biểu đồ ở trên. Trong bảng, bạn có thể thấy hai hàng (tối thiểu và tối đa). Đây là các bước sóng tối đa và tối thiểu được chỉ định trên chính các tia laser, vì vậy tôi biết khoảng bước sóng nên là bao nhiêu để xem liệu tôi có câu trả lời đúng hay không.

Nhìn vào các phép tính, các phép đo của tôi không nằm trong giới hạn tối đa và tối thiểu nhưng chúng ít nhất là nhất quán. Sự khác biệt giữa giá trị đo được và dự kiến là từ 4% đến 10%. Tôi đã không thực hiện phép đo đầy đủ độ không đảm bảo nhưng rõ ràng là sẽ có độ không đảm bảo được đưa vào bởi các kỹ thuật đo (tức là đo khoảng cách đến màn hình không vuông góc hoàn toàn, v.v.). Ngay cả với một số lỗi không được tính toán, tôi tin rằng đây là một đại diện hợp lý của các bước sóng thực tế và thể hiện hoàn hảo thí nghiệm khe kép.

Các bạn quan tâm có thể xem trọn bộ kết quả mình gửi kèm file excel các bạn có thể sử dụng để thực hiện các phép đo của riêng mình. Bây giờ tôi đang trong quá trình chơi với thấu kính chuẩn trực và gương phản xạ, hãy cho tôi biết nếu bạn quan tâm đến hướng dẫn về điều này và cho tôi biết bạn nghĩ gì về hướng dẫn nhanh này trong phần nhận xét.