قياس أطوال موجات الليزر: 4 خطوات (بالصور)

2025 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2025-01-23 12:54

مرحبًا بالجميع ، مرحبًا بكم في تعليمات أخرى! هذه المرة أردت أن أجعل تعليمات سهلة حقًا يمكنك القيام بها كمشروع في المساء أو في عطلة نهاية الأسبوع. كجزء من تعليمي المستمر في القياس الطيفي ، كنت أقوم بتجربة شبكات الحيود والأحادية اللون ، وتعثرت على "تجربة يونغ للشق المزدوج". هذه ملاحظة رائعة حول كيفية انتقال الضوء (في موجات) وتكشف عن تأثير الانعراج لأطوال موجية مختلفة من الضوء.

قررت أن أحاول تكرار التجربة لأكتشف بنفسي كيف تعمل مع بعض مؤشرات الليزر ، وأرى ما إذا كان بإمكاني أن أجعل التجربة تعمل.

الخطوة 1: المتطلبات الأساسية والسلامة

الليزر رائع حقًا ، لكن تحذير قبل أن نواصل! يمكن أن يؤدي النظر إلى ليزر أو شعاع موازٍ قوي إلى إصابتك بالعمى. حيثما أمكن ، أوصي باستخدام نظارات السلامة المصفاة بالألوان لمنع الأشعة الشاردة من إتلاف عينيك.

غالبًا ما تُباع مؤشرات الليزر على أنها "ألعاب قطط" ومنحت أنني أحب مداعبة قطتي بهذا ، لكنني وجدت أن اللون الأخضر قوي جدًا (يكاد يكون ساطعًا للغاية بحيث لا يمكن النظر إليه). يزعمون أيضًا أنهم أقل من 5 ميغاواط من الطاقة ولكني وجدت تباينًا كبيرًا بين شدة كل لون (قد أقوم بعمل مقياس طاقة ضوئي لقياس هذا في تعليمات منفصلة؟). أشك في تطابق التسمية مع الواقع ، والذي سنكتشفه قريبًا عندما نقيس الأطوال الموجية.

اشتريت المواد التالية للتجربة:

• مؤشرات ليزر x3 (أحمر ، أخضر ، أزرق)
• موقف معوجة
• شريحة محزوز الحيود (500 خط لكل مم)
• ورق وأقلام
• قبضة البلدغ
• قياس المسطرة
• نظارات حماية

الخطوة 2: تجهيز المعدات

يجب إعداد الحامل بحيث يكون مؤشر الليزر موجهًا لأسفل باتجاه محزوز الحيود. سوف يمر الليزر عبر الشبكة ويتم عرضه على قطعة من الورق في الأسفل (الشاشة). لإعداد هذا ، اتبع هذه الخطوات البسيطة:

1. ضع قطعة من الورق أسفل الحامل لعمل شاشة
2. ضع الذراع السفلي للوقوف المعوج بحوالي 10 سم فوق الحامل
3. قم بتوصيل محزوز الحيود بالجزء السفلي من الذراع وقم بتثبيته بقبضة البلدغ
4. ضع الجزء العلوي من الذراع فوق محزوز الحيود (لا تهم المسافة فوق الحاجز)
5. قم بتوصيل الليزر بأعلى الذراع بحيث يتم توجيهه بحيث يمر الشعاع عبر محزوز الحيود
6. ضع معدات الأمان الخاصة بك ، ثم على استعداد لتصوير بعض أشعة الليزر!

الخطوة 3: التجربة

لإيجاد الطول الموجي لليزر ، تحتاج إلى قياس المسافة الفاصلة بين الأطراف. للقيام بذلك ، اتبع هذه الطريقة:

1. عندما يضرب الليزر الورقة (الشاشة) اكتب بالقلم حيث تظهر البقع الضوئية (تُعرف هذه بالأصابع). تأكد من كتابة الوسط والأخرى على كلا الجانبين.
2. كرر الخطوة 1 لكل لون ، مع وضع علامة على الهوامش على الورق
3. بمجرد الانتهاء من ذلك مع جميع أنواع الليزر ، قم بقياس المسافة بين الحافة الوسطى والهامش الأول المجاور لها (يُعرف هذا باسم هامش الرتبة الأول).

(ستلاحظ أن هناك تناقضًا بين الصورة وما سجلته في نتائجي لاحقًا. هذا لأنني فعلت ذلك عدة مرات لتحديد عدم اليقين في القياس).

لكن كيف يرتبط هذا بالطول الموجي؟ المعادلة هي lambda = (a * x) / d ، حيث "lambda" هي الطول الموجي بالأمتار ، و "a" هي المسافة بين الشقوق في محزوز الحيود ، و "x" هي الفصل الهامشي ، و "d" هي المسافة بين الشاشة والصريف. كل هذا متاح لك لتعويضه في المعادلة لتعطيك الطول الموجي.

ولكن قد تسأل "كيف لي أن أعرف ما هو" أ "؟". حسنًا ، إذا علمنا أن الشبكة تحتوي على 500 "خط" لكل مم ، فهذا يعني أن هناك 500000 سطر لكل م. إذا قسمنا 1 م على 500000 خط ، نحصل على المسافة بينهما 2 ميكرومتر. يمكننا الآن حساب الطول الموجي مع x و d.

تذكر أن كل هذه المسافات بالأمتار. عادةً ما يُعبر عن الطول الموجي بالنانو أمتار (10 ^ -9 م) ، لذا ستحتاج إلى التفكير فيما إذا كنت تريد تحويل إجابتك إلى أمتار نانوية أو التعبير ببساطة عن شيء مضروب في 10 ^ -9.

الخطوة 4: النتائج

كررت هذه التجربة لهذه التعليمات لإنتاج الرسم البياني أعلاه. في الجدول يمكنك رؤية صفين (الحد الأدنى والحد الأقصى). هذه هي الأطوال الموجية القصوى والدنيا التي يشار إليها على أشعة الليزر نفسها ، لذلك عرفت تقريبًا ما يجب أن يكون عليه الطول الموجي لمعرفة ما إذا كنت قد حصلت على الإجابة الصحيحة.

بالنظر إلى الحسابات ، فإن قياساتي لا تقع ضمن الحد الأقصى والحدود الدنيا ولكنها على الأقل متسقة. كان الفرق بين القياس والمتوقع بين 4٪ و 10٪. لم أقم بقياس عدم اليقين الكامل ولكن من الواضح أنه سيكون هناك عدم يقين ناتج عن تقنيات القياس (أي قياس المسافة إلى الشاشة لا تكون متعامدة تمامًا وما إلى ذلك). حتى مع وجود بعض الأخطاء غير المحسوبة ، أعتقد أن هذا تمثيل عادل للأطوال الموجية الفعلية ويوضح تجربة الشق المزدوج تمامًا.

إذا كنت مهتمًا برؤية المجموعة الكاملة من النتائج التي أرفقتها بملف excel ، فيمكنك استخدامها لإجراء القياسات الخاصة بك. أنا الآن بصدد اللعب بالعدسات الموازية والعاكسات ، اسمح لي أن أعرف ما إذا كنت مهتمًا بإرشادات حول هذا الأمر ، واسمحوا لي أن أعرف ما فكرت به حول هذا التوجيه السريع في التعليقات.