การวัดความยาวคลื่นเลเซอร์: 4 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

สวัสดีทุกคนยินดีต้อนรับสู่คำแนะนำอื่น! ครั้งนี้ฉันต้องการสร้างคำสั่งง่ายๆ ที่คุณสามารถทำได้ในตอนเย็นหรือช่วงสุดสัปดาห์ เป็นส่วนหนึ่งของการเรียนรู้อย่างต่อเนื่องของฉันเกี่ยวกับสเปกโตรโฟโตเมตรี ฉันได้ทดลองกับเกรตติงการเลี้ยวเบนและโมโนโครมเตอร์ และสะดุดกับ "การทดลองกรีดสองครั้งของ Young" นี่เป็นข้อสังเกตที่น่าสนใจเกี่ยวกับวิธีการเดินทางของแสง (ในคลื่น) และเผยให้เห็นผลของการเลี้ยวเบนของแสงในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ ของแสง

ฉันตัดสินใจลองทำการทดลองซ้ำเพื่อค้นหาด้วยตัวเองว่ามันทำงานอย่างไรกับตัวชี้เลเซอร์บางตัว และดูว่าฉันจะทำให้การทดสอบนั้นได้ผลหรือไม่

ขั้นตอนที่ 1: ข้อกำหนดเบื้องต้นและความปลอดภัย

เลเซอร์เด็ดจริง แต่เตือนก่อนลุย! การมองเข้าไปในเลเซอร์หรือลำแสงที่มีความเข้มสูงอาจทำให้คุณตาบอดได้ หากเป็นไปได้ ฉันขอแนะนำให้ใช้แว่นตานิรภัยแบบกรองสีเพื่อป้องกันไม่ให้ลำแสงจรจัดทำลายดวงตาของคุณ

เลเซอร์พอยน์เตอร์มักจะขายเป็น "ของเล่นแมว" และฉันก็ชอบที่จะแกล้งแมวของฉันด้วยสิ่งนี้ แต่ฉันพบว่าสีเขียวนั้นแรงมาก (เกือบสว่างเกินไปที่จะมอง) พวกเขายังอ้างว่ามีพลังงานน้อยกว่า 5 mW แต่ฉันพบความแตกต่างอย่างมากระหว่างความเข้มของแต่ละสี (ฉันอาจสร้างเครื่องวัดพลังงานแสงเพื่อวัดสิ่งนี้ในคำแนะนำแยกต่างหาก?) ฉันสงสัยว่าฉลากจะตรงกับความเป็นจริง ซึ่งเราจะค้นพบในไม่ช้าเมื่อเราวัดความยาวคลื่น

ฉันซื้อวัสดุต่อไปนี้สำหรับการทดลอง:

• ตัวชี้เลเซอร์ x3 (แดง เขียว น้ำเงิน)
• ยืนโต้กลับ
• รางเลื่อนตะแกรงเลี้ยวเบน (500 เส้นต่อมม.)
• กระดาษและปากกา
• ปลอกแฮนด์บูลด็อก
• ไม้บรรทัดวัด
• แว่นตานิรภัย

ขั้นตอนที่ 2: ตั้งค่าอุปกรณ์

ควรตั้งค่าขาตั้งเพื่อให้ตัวชี้เลเซอร์มุ่งไปที่ตะแกรงเลี้ยวเบน เลเซอร์จะทะลุผ่านตะแกรงและฉายลงบนแผ่นกระดาษด้านล่าง (หน้าจอ) ในการตั้งค่าให้ทำตามขั้นตอนง่าย ๆ เหล่านี้:

1. วางกระดาษที่ด้านล่างของขาตั้งเพื่อทำเป็นหน้าจอ
2. วางแขนท่อนล่างของขาตั้งโต้ะประมาณ 10 ซม. เหนือขาตั้ง
3. ติดตะแกรงเลี้ยวเบนที่แขนท่อนล่างแล้วยึดด้วยด้ามจับบูลด็อก
4. วางต้นแขนเหนือตะแกรงเลี้ยวเบน (ระยะห่างเหนือตะแกรงไม่สำคัญ)
5. ติดเลเซอร์ที่ต้นแขนเพื่อให้ลำแสงพุ่งผ่านตะแกรงเลี้ยวเบน
6. สวมอุปกรณ์ป้องกันของคุณ และจากนั้นคุณก็พร้อมที่จะยิงเลเซอร์!

ขั้นตอนที่ 3: ทดลอง

ในการหาความยาวคลื่นของเลเซอร์ คุณต้องวัดการแยกขอบ โดยทำตามวิธีนี้:

1. เมื่อเลเซอร์ชนกระดาษ (หน้าจอ) ให้เขียนด้วยปากกาที่มีจุดไฟเกิดขึ้น (เรียกว่านิ้ว) อย่าลืมเขียนอันตรงกลางและอันบนทั้งสองด้าน
2. ทำซ้ำขั้นตอนที่ 1 สำหรับแต่ละสี โดยทำเครื่องหมายที่ขอบกระดาษ
3. เมื่อคุณทำเช่นนี้กับเลเซอร์ทั้งหมดแล้ว ให้วัดระยะห่างระหว่างขอบตรงกลางกับขอบที่ 1 ข้างๆ (ซึ่งเรียกว่าขอบลำดับที่ 1)

(คุณจะสังเกตเห็นว่ามีความคลาดเคลื่อนระหว่างรูปภาพกับสิ่งที่ฉันได้บันทึกไว้ในผลลัพธ์ของฉันในภายหลัง นี่เป็นเพราะฉันทำสิ่งนี้สองสามครั้งเพื่อระบุความไม่แน่นอนในการวัด)

แต่สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับความยาวคลื่นอย่างไร? สมการคือแลมบ์ดา = (a * x) / d โดยที่ 'แลมบ์ดา' คือความยาวคลื่นเป็นเมตร 'a' คือระยะห่างระหว่างรอยกรีดในตะแกรงเลี้ยวเบน 'x' คือการแยกขอบ และ 'd' คือ ระยะห่างระหว่างหน้าจอกับตะแกรง ทั้งหมดนี้ให้คุณแทนค่าในสมการเพื่อให้ได้ความยาวคลื่น

แต่คุณอาจถามว่า "ฉันจะรู้ได้อย่างไรว่า 'a' คืออะไร" ถ้าเรารู้ว่าตะแกรงมี 500 'เส้น' ต่อมิลลิเมตร นั่นหมายความว่ามี 500,000 เส้นต่อเมตร ถ้าเราหาร 1 เมตรด้วย 500,000 เส้น เราจะได้ระยะห่างระหว่างเส้นทั้งสองซึ่งเท่ากับ 2 µm ร่วมกับ x และ d เราสามารถคำนวณความยาวคลื่นได้

โปรดจำไว้ว่าระยะทางทั้งหมดนี้เป็นเมตร ความยาวคลื่นมักจะแสดงเป็นนาโนเมตร (10^-9 ม.) ดังนั้น คุณจะต้องพิจารณาว่าคุณต้องการแปลงคำตอบเป็นนาโนเมตรหรือเพียงแค่แสดงเป็นค่าคูณ 10^-9

ขั้นตอนที่ 4: ผลลัพธ์

ฉันทำการทดลองซ้ำสำหรับคำสั่งนี้เพื่อสร้างกราฟด้านบน ในตาราง คุณจะเห็นสองแถว (ต่ำสุดและสูงสุด) นี่คือความยาวคลื่นสูงสุดและต่ำสุดซึ่งระบุไว้บนตัวเลเซอร์ ดังนั้นฉันจึงทราบความยาวคลื่นโดยประมาณว่าควรเป็นเท่าใดเพื่อดูว่าฉันได้คำตอบที่ถูกต้องหรือไม่

เมื่อดูที่การคำนวณ การวัดของฉันไม่ได้อยู่ภายในขอบเขตสูงสุดและต่ำสุด แต่อย่างน้อยก็สอดคล้องกัน ความแตกต่างระหว่างค่าที่วัดได้และที่คาดไว้อยู่ระหว่าง 4% ถึง 10% ฉันไม่ได้ทำการวัดความไม่แน่นอนทั้งหมด แต่เห็นได้ชัดว่าเทคนิคการวัดนั้นมีความไม่แน่นอนเกิดขึ้น (เช่น การวัดระยะห่างจากหน้าจอไม่ตั้งฉากอย่างสมบูรณ์ เป็นต้น) แม้จะมีข้อผิดพลาดที่ไม่ได้ระบุอยู่บ้าง ฉันเชื่อว่านี่เป็นการแสดงความยาวคลื่นจริงที่ยุติธรรมและแสดงให้เห็นการทดสอบแบบกรีดคู่ได้อย่างสมบูรณ์แบบ

หากคุณสนใจที่จะดูผลลัพธ์ทั้งหมดที่ฉันแนบมากับไฟล์ excel ที่คุณสามารถใช้เพื่อวัดค่าของคุณเองได้ ตอนนี้ฉันกำลังเล่นเลนส์ collimating และแผ่นสะท้อนแสง โปรดแจ้งให้เราทราบหากคุณสนใจคำแนะนำเกี่ยวกับเรื่องนี้ และแจ้งให้เราทราบว่าคุณคิดอย่างไรเกี่ยวกับคำแนะนำสั้นๆ นี้ในความคิดเห็น