Producción de rejilla holográfica y medición de sus parámetros.
Producción de rejilla holográfica (informe del experimento) versión perfecta
Etiquetas: Rejilla película seca espejo divergente pantalla blanca de doble rendija educación
El experimento de diseño parece aterrador, Pero la operación real es relativamente simple~
Mi informe experimental es solo de referencia~
Cubierta del informe experimental
Producción de rejilla holográfica
1. Tareas experimentales
Diseñar y fabricar una rejilla holográfica y medir su constante de rejilla. Se requiere que la rejilla producida tenga no menos de 100 líneas por milímetro.
2. Requisitos experimentales
1. Diseñar tres o más métodos para hacer rejillas holográficas y compararlos.
2. Diseñe los pasos completos para hacer una rejilla holográfica (incluidos los parámetros y precauciones durante la filmación y el procesamiento) y fotografíe la rejilla holográfica.
3. Proporcione el valor constante de la rejilla holográfica producida, realice cálculos de incertidumbre, análisis de errores y haga un resumen experimental.
3. Principios físicos básicos del experimento
1. Principio de producción de la rejilla
La rejilla, también llamada rejilla de difracción, utiliza el principio de difracción de múltiples rendijas. para dispersar la luz (descompuesta en espectros) componentes ópticos. Es una lámina plana de vidrio o metal grabada con un gran número de hendiduras paralelas (líneas grabadas) de igual ancho y equidistancia. El número de rendijas en una rejilla es muy grande, generalmente de decenas a miles por milímetro. La luz monocromática paralela pasa a través de la difracción de cada rendija de la rejilla y la interferencia entre las rendijas, formando un patrón de franjas oscuras muy anchas y franjas brillantes muy delgadas. Estas franjas nítidas, delgadas y brillantes se llaman líneas espectrales. La posición de la línea espectral varía con la longitud de onda. Cuando la luz policromática pasa a través de la rejilla, las líneas espectrales de diferentes longitudes de onda aparecen en diferentes posiciones para formar un espectro. El espectro formado por la luz que pasa a través de la rejilla es el resultado simultáneo de la difracción de una sola rendija y de la interferencia de múltiples rendijas (Figura 1).
Figura 1
2. Método de medición de la constante de rejilla:
Utilice un microscopio de medición para medir;
Utilice un espectrómetro, según a la ecuación de la rejilla d·sin =k a medir;
Medir utilizando el método de difracción. El láser es difractado por la rejilla. En la pantalla más alejada, se miden la distancia Δx entre los puntos de difracción de orden cero y de primer orden y la distancia L desde la pantalla hasta la rejilla. Luego, la constante de la rejilla d = L/Δx.
IV.Planes específicos y comparaciones de experimentos
1. Método de mejora del espejo Loe:
Principio físico básico: La característica del espejo Loe es esa parte de la luz directa interfiere con la luz reflejada de otra parte del espejo. Si el haz de luz original es luz paralela, se puede agregar un espejo reflector total. También puede interferir con parte de la luz directa y parte de la luz reflejada especular. , creando así una rejilla holográfica.
Ventajas: Este método elimina el paso de realizar costuras dobles.
Desventajas: La fuente de luz debe estar muy cerca del espejo plano.
Diagrama de principios experimental:
Figura 2
2. Método de interferencia de doble rendija de Young:
Principios físicos básicos: S1, S2. Es la misma fuente de luz lineal. P es cualquier punto de la pantalla. Está a una distancia de La distancia a la pantalla es L.
Debido a que la distancia d entre las rendijas dobles es mucho menor que la distancia L desde la rendija a la pantalla, la diferencia de trayectoria óptica en el punto P:
Figura 3
δ=r2-r1 =dsinθ=dtgθ=dx/L sinθ=tgθ
Esto se debe a que cuando el ángulo θ es muy pequeño, se puede considerar aproximadamente igual.
La posición de la franja brillante de interferencia se puede obtener a partir de la condición máxima de interferencia δ=kλ:
x=(L/d)kλ,
La La posición de la franja oscura de interferencia se puede obtener mediante La condición de interferencia mínima δ=(k+1/2)λ es:
x=(D/d)(k+1/2)λ p>
Entre las franjas brillantes, la distancia entre las franjas oscuras es
Δx =λ(D/d)
Entonces las franjas de interferencia están distribuidas equidistantemente.
Y tenga en cuenta que las fórmulas anteriores incluyen parámetros de longitud de onda. Cuanto más larga sea la longitud de onda, mayor será la diferencia.
Forma de franja: un conjunto de líneas rectas paralelas a las rendijas e igualmente espaciadas (características de franja de interferencia) d= L/△x
Ventajas: La condición de coherencia se satisface fácilmente usando una fuente de luz láser.
Desventajas: Los instrumentos experimentales necesarios son complejos y difíciles de obtener.
Diagrama de principio experimental:
Figura 4
3. Método del interferómetro Mach-Zehnder:
Principio físico básico: siempre que el ajuste El ángulo de azimut de un divisor de haz en la trayectoria óptica puede cambiar el ángulo entre la luz transmitida y la luz reflejada, cambiando así el espaciado de las franjas de interferencia.
Ventajas: este método no requiere alta precisión en la trayectoria óptica, tiene buenos resultados experimentales y es fácil de operar para los estudiantes.
Desventajas: este método no requiere una gran precisión en la trayectoria óptica y es posible que el experimento no sea lo suficientemente preciso.
Diagrama de principios experimentales:
Figura 5
V. Selección y combinación de instrumentos
Basado en una consideración integral de diversas condiciones, esto Prueba Utilizando el método del interferómetro Mach-Zehnder, los instrumentos experimentales requeridos incluyen 1 transmisor láser He-Ne, 1 espejo divergente, 1 lente convexa, 2 espejos semirreflectantes y semirreflectantes, 2 espejos reflectantes totales y una pantalla blanca, luz. para cada uno, varias películas secas para fotografía rasterizada y un bastidor.
6. Pasos experimentales
(1) Hacer una rejilla holográfica
1 Encienda el transmisor láser He-Ne y use una pantalla blanca para hacer el láser. viga paralela al plano horizontal.
2. Ajuste la distancia entre el espejo divergente y el emisor láser para que el láser sea divergente.
3. Ajuste la distancia entre la lente convexa y el espejo divergente para igualar la distancia focal de la lente convexa para obtener luz paralela.
4. Ajuste la posición y la altura de los dos espejos semirreflectantes y los dos espejos reflectantes totales para que formen un paralelogramo (como se muestra en la Figura 5).
5. Ajuste las perillas de ajuste fino en el espejo semirreflectante y el espejo totalmente reflectante para que los dos puntos de luz obtenidos tengan la misma altura y la distancia sea de 4-6 cm.
6. Mida la diferencia de trayectoria óptica Δl de la trayectoria óptica en el experimento.
(En el experimento medimos la diferencia de trayectoria óptica △l=1,5 cm)
(2) Disparar la rejilla holográfica
1 Bloquear el rayo láser. , coloque la película seca en el estante, deje que el rayo láser brille sobre la película seca durante 1-2 segundos, bloquee el rayo láser, retire la película seca y llévela al cuarto oscuro.
2. Remoje la película seca en el revelador durante un tiempo adecuado (el tiempo está determinado por la concentración del revelador), sáquela, enjuáguela con agua limpia y sumérjala en el fijador durante unos 5 minutos. Retirar, enjuagar y secar.
3. Utilice un rayo láser para inspeccionar la película seca lavada. Si se pueden ver puntos de luz de orden cero y de primer orden, significa que la película seca se puede utilizar para medir las constantes de la rejilla.
(3) Determine la constante de la rejilla preparada
Imagen real:
Esta imagen se dibuja con referencia a la imagen del informe de contenido experimental proporcionado. por el docente
p>
Figura 6
Tabla de datos originales:
x
1
2
3
4
5
6
r(cm)
23.81
24.12
23.93
24.24
23.65
23.66
alto(cm)
144.36
144.65
143.84
144.03
144.52
144.11
Proceso de cálculo:
7. Precauciones experimentales
1. No mire directamente al rayo láser para evitar dañar sus ojos.
2. El voltaje de funcionamiento del láser semiconductor es de 3 V CC y debe funcionar con una fuente de alimentación dedicada de 220 V/3 V CC (esta fuente de alimentación puede evitar el alto voltaje generado por el efecto de inductancia en en el momento en que se enciende) para extender la vida útil del láser semiconductor.
8. Resumen del experimento
Nunca antes había estado expuesto a experimentos de diseño. Los experimentos anteriores se realizaron después de comprender los principios experimentales presentados en el libro y seguir estrictamente los pasos detallados del libro. No había necesidad de pensar ni estudiar demasiado por uno mismo. Esta vez prepararme para un experimento de diseño me permitió ejercitar mis habilidades en muchos aspectos. En primer lugar, el libro sólo ofrece una orientación sencilla y general. Tienes que buscar la información tú mismo y encontrar soluciones a todo.
Si ni siquiera sabe de qué se trata el experimento, primero debe conectarse a Internet para obtener una comprensión general del contenido y los principios del experimento, luego consultar la literatura relevante y estudiar el plan experimental en detalle. En particular, este experimento requiere que proporcionemos más de tres planes experimentales diferentes nosotros mismos y seleccionemos uno después de una cuidadosa comparación. Esto requiere que estemos familiarizados y dominemos los principios, los pasos operativos específicos y las ventajas y desventajas correspondientes de cada solución. Después de analizar y comparar una por una, podemos desarrollar nuestra propia solución seleccionada. Esta serie de procesos toma la mayor parte del tiempo en la biblioteca, porque es realmente difícil para mí, un estudiante que aún no ha completado el curso de recuperación de literatura científica, encontrar lo que necesito en la vasta literatura. Parte de la información de mi informe provino de Internet, pero lo que había en Internet no cumplía completamente con mis requisitos. Lo revisé y revisé, y finalmente estuvo casi completo. De hecho, entendí el principio y realicé el experimento de acuerdo con mi plan prediseñado. Durante la operación específica, no hubo un gran problema. Se puede decir que lo más problemático fue escribir el informe experimental durante la vista previa. . Ahora, el experimento prácticamente se ha completado y siento que la cosecha ha sido excelente. En el futuro podré realizar experimentos de diseño con mayor habilidad.
Me gustaría decir que en todo el proceso de realización de experimentos, una actitud científica y rigurosa es lo más importante. No se pueden realizar experimentos sin comprensión y no se pueden continuar experimentos cuando hay problemas con los datos. , el posterior procesamiento de datos experimentales también debe tomarse en serio.