Lazer Dalga Boyları Ölçümü: 4 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Herkese selam, başka bir eğiticiye hoş geldiniz! Bu sefer bir akşam veya hafta sonu projesi olarak yapabileceğiniz gerçekten kolay bir öğretilebilirlik yapmak istedim. Devam eden spektrofotometri öğrenimimin bir parçası olarak, kırınım ızgaraları ve monokromatörlerle deneyler yapıyordum ve "Young'un çift yarık deneyi"ne rastladım. Bu, ışığın nasıl hareket ettiği (dalgalar halinde) hakkında büyüleyici bir gözlemdir ve ışığın farklı dalga boyları için kırınım etkisini ortaya çıkarır.

Bazı lazer işaretçilerle nasıl çalıştığını kendim bulmak için deneyi tekrarlamaya karar verdim ve deneyi çalıştırabilir miyim diye baktım.

Adım 1: Ön Koşullar ve Güvenlik

Lazerler gerçekten harika, ama devam etmeden önce bir uyarı! Bir lazere veya güçlü bir paralel ışına bakmak sizi kör edebilir. Başıboş ışınların gözlerinize zarar vermesini önlemek için mümkünse renk filtreli koruyucu gözlük kullanmanızı tavsiye ederim.

Lazer işaretçiler genellikle "kedi oyuncakları" olarak satılır ve bununla kedimi kızdırmayı seviyorum, ancak yeşil olanı çok güçlü buldum (bakmak için neredeyse çok parlak). Ayrıca 5 mW'dan daha az güç olduklarını iddia ediyorlar ama her rengin yoğunlukları arasında büyük bir eşitsizlik buldum (bunu ayrı bir talimatta ölçmek için bir optik güç ölçer yapabilirim?). Etiketin, dalga boylarını ölçtüğümüzde yakında keşfedeceğimiz gerçeklikle uyuştuğundan şüpheliyim.

Deney için aşağıdaki malzemeleri aldım:

• x3 lazer işaretçiler (kırmızı, yeşil, mavi)
• Bir imbik standı
• Bir kırınım ızgaralı kızak (mm başına 500 satır)
• Kağıt ve kalemler
• Bulldog kulpları
• Ölçme cetveli
• Emniyet gözlükleri

Adım 2: Ekipman Kurulumu

Stand, lazer işaretçi kırınım ızgarasına doğru yönlendirilecek şekilde kurulmalıdır. Lazer ızgaradan geçecek ve alttaki (ekran) bir kağıt parçasına yansıtılacaktır. Bunu ayarlamak için şu basit adımları izleyin:

1. Ekran yapmak için standın altına bir parça kağıt yerleştirin.
2. İmbik ayağının alt kolunu standın yaklaşık 10 cm yukarısına yerleştirin
3. Kırınım ızgarasını alt kola takın ve bir bulldog tutacağı ile sabitleyin
4. Üst kolu kırınım ızgarasının üzerine yerleştirin (ızgaranın üzerindeki mesafe önemli değil)
5. Lazeri, ışın kırınım ızgarasından geçecek şekilde yönlendirilecek şekilde üst kola takın.
6. Güvenlik donanımınızı takın ve ardından birkaç lazer ateş etmeye hazırsınız!

3. Adım: Deney

Lazerin dalga boyunu bulmak için saçak ayrımını ölçmeniz gerekir. Bunu yapmak için şu yöntemi izleyin:

1. Lazerler kağıda (ekrana) çarptığında, ışık noktalarının oluştuğu yerleri (bunlar parmak olarak bilinir) bir kalemle yazın. Ortadakini ve her iki taraftakileri yazdığınızdan emin olun.
2. Kağıdın kenarlarını işaretleyerek her renk için 1. adımı tekrarlayın.
3. Bunu tüm lazerler için yaptıktan sonra, orta saçak ile yanındaki 1. saçak arasındaki mesafeyi ölçün (bu, 1. dereceden saçak olarak bilinir).

(Daha sonra sonuçlarımda kaydettiklerim ile resim arasında bir tutarsızlık olduğunu fark edeceksiniz. Bunun nedeni, ölçümdeki belirsizliği belirlemek için bunu birkaç kez yaptığımdır).

Fakat bunun dalga boyu ile nasıl bir ilişkisi var? Denklem lambda = (a * x) / d'dir, burada 'lambda' metre cinsinden dalga boyu, 'a' kırınım ızgarasındaki yarıklar arasındaki mesafedir, 'x' saçak ayrımıdır ve 'd' ekran ve ızgara arasındaki mesafe. Tüm bunlar, size dalga boyunu verecek denklemi ikame etmeniz için mevcuttur.

Ama "a"nın ne olduğunu nasıl bilebilirim?" diye sorabilirsiniz. Izgarada mm başına 500 'çizgi' olduğunu biliyorsak, bu, m başına 500.000 çizgi olduğu anlamına gelir. 1m'yi 500.000 çizgiye bölersek, aralarında 2 µm olan mesafeyi elde ederiz. x ve d ile birlikte artık dalga boyunu hesaplayabiliriz.

Tüm bu mesafelerin metre cinsinden olduğunu unutmayın. Dalga boyu genellikle nano metre (10^-9 m) olarak ifade edilir, bu nedenle cevabınızı nano metreye dönüştürmek mi yoksa basitçe ifade etmenin 10^-9 çarpı bir şey olup olmadığını düşünmeniz gerekir.

4. Adım: Sonuçlar

Yukarıdaki grafiği üretmek için bu talimat için bu deneyi tekrarladım. Tabloda iki satır görebilirsiniz (min ve max). Bunlar, lazerlerin kendilerinde belirtilen maksimum ve minimum dalga boylarıdır, bu yüzden doğru cevabı alıp almadığımı görmek için dalga boyunun yaklaşık olarak ne olması gerektiğini biliyordum.

Hesaplamalara bakıldığında, ölçümlerim maksimum ve minimum sınırlar içinde değil ama en azından tutarlı. Ölçülen ile beklenen arasındaki fark %4 ile %10 arasındaydı. Tam bir belirsizlik ölçümü yapmadım ancak ölçüm tekniklerinin getirdiği belirsizlik olacağı açık (yani ekrana olan mesafenin tam olarak dik olmaması vb.). Bazı açıklanmamış hatalarla bile, bunun gerçek dalga boylarının adil bir temsili olduğuna ve çift yarık deneyini mükemmel bir şekilde gösterdiğine inanıyorum.

Sonuçların tamamını görmek istiyorsanız, kendi ölçümlerinizi yapmak için kullanabileceğiniz excel dosyasını ekledim. Şu anda kolimatör lensler ve reflektörlerle oynama sürecindeyim, bu konuda bir talimatla ilgilenip ilgilenmediğinizi bana bildirin ve yorumlarda bu hızlı talimat hakkında ne düşündüğünüzü bana bildirin.