Medición de longitudes de onda láser: 4 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Hola a todos, ¡bienvenidos a otro instructable! Esta vez quería hacer un instructable realmente fácil que puedas hacer como un proyecto de noche o de fin de semana. Como parte de mi aprendizaje continuo en espectrofotometría, he estado experimentando con rejillas de difracción y monocromadores, y me encontré con el "experimento de doble rendija de Young". Esta es una observación fascinante sobre cómo viaja la luz (en ondas) y revela el efecto de la difracción para diferentes longitudes de onda de la luz.

Decidí intentar replicar el experimento para descubrir por mí mismo cómo funcionaba con algunos punteros láser y ver si podía hacer que el experimento funcionara.

Paso 1: Requisitos previos y seguridad

Los láseres son realmente geniales, ¡pero una advertencia antes de continuar! Mirar a un láser o un rayo colimado fuerte puede cegarlo. Siempre que sea posible, recomendaría el uso de anteojos de seguridad con filtros de color para evitar que los rayos perdidos dañen sus ojos.

Los punteros láser a menudo se venden como "juguetes para gatos" y, por supuesto, me encanta molestar a mi gato con esto, pero el verde me pareció muy fuerte (casi demasiado brillante para mirarlo). También profesan tener menos de 5 mW de potencia, pero encontré una gran disparidad entre las intensidades de cada color (¿puedo hacer un medidor de potencia óptica para medir esto en un instrumento separado?). Dudo que la etiqueta coincida con la realidad, que pronto descubriremos cuando midamos las longitudes de onda.

Compré los siguientes materiales para el experimento:

• x3 punteros láser (rojo, verde, azul)
• Un soporte de réplica
• Una diapositiva de rejilla de difracción (500 líneas por mm)
• Papel y bolígrafos
• Puños de Bulldog
• Regla de medición
• Lentes de seguridad

Paso 2: Configuración del equipo

El soporte debe configurarse de modo que el puntero láser apunte hacia la rejilla de difracción. El láser pasará a través de la rejilla y se proyectará en una hoja de papel en la parte inferior (la pantalla). Para configurar esto, siga estos sencillos pasos:

1. Coloque una hoja de papel en la parte inferior del soporte para hacer una pantalla.
2. Coloque el brazo inferior del soporte de retorta a unos 10 cm por encima del soporte.
3. Coloque la rejilla de difracción en la parte inferior del brazo y fíjela con una empuñadura de bulldog.
4. Coloque el brazo superior sobre la rejilla de difracción (la distancia por encima de la rejilla no importa)
5. Coloque el láser en la parte superior del brazo para que apunte de manera que el rayo pase a través de la rejilla de difracción.
6. Ponte tu equipo de seguridad y, ¡ya estás listo para disparar algunos láseres!

Paso 3: Experimente

Para encontrar la longitud de onda del láser, debe medir la separación de franjas. Para hacer esto, siga este método:

1. Cuando los láseres golpean el papel (pantalla), escriba con un bolígrafo dónde se producen los puntos de luz (estos se conocen como dedos). Asegúrate de anotar el del medio y los de ambos lados.
2. Repite el paso 1 para cada color, marcando los flecos en el papel.
3. Una vez que haya hecho esto para todos los láseres, mida la distancia entre la franja del medio y la primera franja al lado (esto se conoce como franja de primer orden).

(Notará que hay una discrepancia entre la imagen y lo que he registrado en mis resultados más adelante. Esto se debe a que hice esto varias veces para determinar la incertidumbre en la medición).

Pero, ¿cómo se relaciona esto con la longitud de onda? La ecuación es lambda = (a * x) / d, donde 'lambda' es la longitud de onda en metros, 'a' es la distancia entre las rendijas en la rejilla de difracción, 'x' es la separación de franjas y 'd' es la distancia entre la pantalla y la rejilla. Todo esto está disponible para que lo sustituya en la ecuación para obtener la longitud de onda.

Pero podría preguntar "¿cómo sé qué es 'a'?". Bueno, si sabemos que la rejilla tiene 500 'líneas' por mm, eso significa que hay 500, 000 líneas por m. Si dividimos 1 m por 500 000 líneas, obtenemos la distancia entre ellas que es de 2 µm. Junto con xyd ahora podemos calcular la longitud de onda.

Recuerda que todas estas distancias están en metros. La longitud de onda generalmente se expresa en nanómetros (10 ^ -9 m), por lo que deberá considerar si desea convertir su respuesta a nanómetros o simplemente expresar es algo por 10 ^ -9.

Paso 4: resultados

Repetí este experimento para este instructable para producir el gráfico de arriba. En la tabla puede ver dos filas (mín. Y máx.). Estas son longitudes de onda máximas y mínimas que se indican en los propios láseres, por lo que sabía aproximadamente cuál debería ser la longitud de onda para ver si obtenía la respuesta correcta.

Mirando los cálculos, mis medidas no se encuentran dentro de los límites máximo y mínimo, pero son al menos consistentes. La diferencia entre lo medido y lo esperado estuvo entre el 4% y el 10%. No hice una medición de incertidumbre completa, pero es obvio que las técnicas de medición introducirán incertidumbre (es decir, medir la distancia a la pantalla no es perfectamente perpendicular, etc.). Incluso con algún error no contabilizado, creo que esta es una representación justa de las longitudes de onda reales y demuestra perfectamente el experimento de doble rendija.

Si está interesado en ver el conjunto completo de resultados, he adjuntado el archivo de Excel que puede usar para realizar sus propias mediciones. Ahora estoy en el proceso de jugar con lentes colimantes y reflectores, avíseme si estaría interesado en un instructivo sobre esto, y déjeme saber lo que pensó sobre este instructivo rápido en los comentarios.