Mesure des longueurs d'onde laser : 4 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Salut à tous, bienvenue dans un autre instructable ! Cette fois, je voulais faire un instructable vraiment facile que vous pouvez faire comme projet de soirée ou de week-end. Dans le cadre de mon apprentissage continu de la spectrophotométrie, j'ai expérimenté des réseaux de diffraction et des monochromateurs, et je suis tombé sur "l'expérience à double fente de Young". Il s'agit d'une observation fascinante sur la façon dont la lumière se déplace (en vagues) et révèle l'effet de la diffraction pour différentes longueurs d'onde de la lumière.

J'ai décidé d'essayer de reproduire l'expérience pour découvrir par moi-même comment cela fonctionnait avec certains pointeurs laser et voir si je pouvais faire fonctionner l'expérience.

Étape 1: Prérequis et sécurité

Les lasers sont vraiment cool, mais un avertissement avant de continuer ! Regarder dans un laser ou un faisceau collimaté puissant peut vous aveugler. Dans la mesure du possible, je recommanderais l'utilisation de lunettes de sécurité à filtre de couleur pour éviter que les rayons parasites n'endommagent vos yeux.

Les pointeurs laser sont souvent vendus comme des "jouets pour chats" et j'admets que j'adore taquiner mon chat avec ça, mais j'ai trouvé le vert très fort (presque trop brillant pour le regarder). Ils prétendent également être inférieurs à 5 mW de puissance mais j'ai trouvé une grande disparité entre les intensités de chaque couleur (je peux faire un wattmètre optique pour mesurer cela dans un instructable séparé ?). Je doute que l'étiquette corresponde à la réalité, ce que nous découvrirons bientôt lorsque nous mesurerons les longueurs d'onde.

J'ai acheté le matériel suivant pour l'expérience:

• x3 pointeurs laser (rouge, vert, bleu)
• Un stand de cornue
• Une glissière de réseau de diffraction (500 lignes par mm)
• Papier et stylos
• Poignées bouledogue
• Règle de mesure
• Lunettes de protection

Étape 2: Configuration de l'équipement

Le support doit être installé de manière à ce que le pointeur laser soit dirigé vers le réseau de diffraction. Le laser traversera la grille et sera projeté sur un morceau de papier en bas (l'écran). Pour configurer cela, suivez ces étapes simples:

1. Placez un morceau de papier au bas du support pour faire un écran
2. Placez le bras inférieur du support de cornue à environ 10 cm au-dessus du support
3. Fixez le réseau de diffraction au bras inférieur et fixez-le avec une poignée bulldog
4. Placez le bras supérieur au-dessus du réseau de diffraction (la distance au-dessus du réseau n'a pas d'importance)
5. Fixez le laser au bras supérieur de manière à ce qu'il soit orienté de manière à ce que le faisceau traverse le réseau de diffraction
6. Mettez votre équipement de sécurité et, ensuite, vous êtes prêt à tirer des lasers !

Étape 3: Expérimentez

Pour trouver la longueur d'onde du laser, vous devez mesurer la séparation des franges. Pour ce faire, suivez cette méthode:

1. Lorsque les lasers frappent le papier (écran), notez avec un stylo où se trouvent les taches lumineuses (ceux-ci sont connus sous le nom de doigts). Assurez-vous d'écrire celui du milieu et ceux des deux côtés.
2. Répétez l'étape 1 pour chaque couleur, en marquant les franges sur le papier
3. Une fois que vous avez fait cela pour tous les lasers, mesurez la distance entre la frange du milieu et la 1ère frange à côté (c'est ce qu'on appelle la frange du 1er ordre).

(Vous remarquerez qu'il y a un écart entre l'image et ce que j'ai enregistré dans mes résultats plus tard. C'est parce que je l'ai fait plusieurs fois pour déterminer l'incertitude de la mesure).

Mais quel est le rapport avec la longueur d'onde ? L'équation est lambda = (a * x) / d, où 'lambda' est la longueur d'onde en mètres, 'a' est la distance entre les fentes du réseau de diffraction, 'x' est la séparation des franges, et 'd' est la distance entre l'écran et la grille. Tout cela est disponible pour que vous puissiez les substituer dans l'équation pour vous donner la longueur d'onde.

Mais vous pourriez demander "comment puis-je savoir ce qu'est 'a' ?". Eh bien, si nous savons que le réseau a 500 "lignes" par mm, cela signifie qu'il y a 500 000 lignes par m. Si nous divisons 1 m par 500 000 lignes, nous obtenons la distance entre elles qui est de 2 µm. Avec x et d, nous pouvons maintenant calculer la longueur d'onde.

N'oubliez pas que toutes ces distances sont en mètres. La longueur d'onde est généralement exprimée en nanomètres (10^-9 m), vous devrez donc déterminer si vous souhaitez convertir votre réponse en nanomètres ou simplement exprimer quelque chose par 10^-9.

Étape 4: Résultats

J'ai répété cette expérience pour cette instructable pour produire le graphique ci-dessus. Dans le tableau, vous pouvez voir deux lignes (min et max). Ce sont des longueurs d'onde maximales et minimales qui sont indiquées sur les lasers eux-mêmes, donc je savais approximativement quelle devrait être la longueur d'onde pour voir si j'avais la bonne réponse.

En regardant les calculs, mes mesures ne se situent pas dans les limites maximales et minimales mais elles sont au moins cohérentes. La différence entre les valeurs mesurées et attendues était comprise entre 4 % et 10 %. Je n'ai pas fait une mesure d'incertitude complète mais il est évident qu'il y aura une incertitude introduite par les techniques de mesure (c'est-à-dire mesurer la distance à l'écran n'étant pas parfaitement perpendiculaire, etc.). Même avec une erreur non comptabilisée, je pense que c'est une représentation juste des longueurs d'onde réelles et démontre parfaitement l'expérience de la double fente.

Si vous souhaitez voir l'ensemble des résultats, j'ai joint le fichier Excel que vous pouvez utiliser pour effectuer vos propres mesures. Je suis maintenant en train de jouer avec des lentilles de collimation et des réflecteurs, faites-moi savoir si vous seriez intéressé par un instructable à ce sujet et dites-moi ce que vous avez pensé de ce rapide instructable dans les commentaires.