用鋼尺測(cè)量激光器波長(zhǎng)

1、.用鋼尺測(cè)量激光器波長(zhǎng)一、序言激光作為一種單色性、方向性極好的有關(guān)光源，近來(lái)幾年來(lái)被廣泛的應(yīng)用到各樣科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。但由于激光資料的不相同，激光被分為狠多的種類，激光器的特點(diǎn)也不盡相同，比方說其最重要的特點(diǎn)中心波長(zhǎng)。我們?cè)谑褂眉す馄鲝那罢J(rèn)識(shí)其波長(zhǎng)是十分必要的，自然在現(xiàn)代的實(shí)驗(yàn)室中有各樣各樣的精巧儀器能夠方便的測(cè)出激光的波長(zhǎng)，但是若是我們不依靠實(shí)驗(yàn)室里的這些儀器，僅用我們平常生活中一些常用的工具能否測(cè)出激光的波長(zhǎng)呢？下文我們就介紹了一種方案，結(jié)合激光的波動(dòng)性，僅利用一把我們平常生活中使用的鋼尺就能較正確地測(cè)出激光的波長(zhǎng)。一把一般鋼尺在平常生活中常常用來(lái)粗測(cè)物體的長(zhǎng)度，但是若是有精妙的實(shí)驗(yàn)方案，利用小

2、小的鋼尺完好能夠較精確的測(cè)量出激光的波長(zhǎng)。這聽來(lái)憂如完好“不能思議”。若是能夠巧妙的利用光的顛簸性的話，這個(gè)奇景完好能夠創(chuàng)立。而且本試驗(yàn)所需器材簡(jiǎn)單易找，完好本源的于平常生活，吻合“從生活到物理”的新課程理念。是學(xué)生課下作為“研究性”實(shí)驗(yàn)的極好素材。二、正文部分1）實(shí)驗(yàn)原理激光是一種方向性和單色性極好的光源，試驗(yàn)過程中第一將鋼尺固定在水平桌面上，使激光的一部分照射在鋼尺的刻痕上，一部分反射到垂直于桌面的墻壁上。這時(shí)經(jīng)過微調(diào)激光的入射角度，則會(huì)在墻面上出現(xiàn)系列亮點(diǎn)S。，S。，S。，S。等。這是由于激光在鋼尺兩刻痕之間的好多圓滑面上均發(fā)生了反射，這些反射光輝若是相位相同則會(huì)相互疊加而在墻面上形成亮

3、斑。原理如圖1所示。.圖一由于鋼尺上有周期性排列的間隔為1mm的間隔,也就是鋼尺的刻度，兩刻度之間為表面圓滑的鋼面，能夠較好的反射激光，而刻度由于表面為黑色而且不圓滑，所以不能夠很好的反射激光，這樣我們能夠?qū)摮呖醋饕粋€(gè)反射光柵，而激光又是單色性、有關(guān)性特別好的光源，當(dāng)激光打在鋼尺的刻度上反射此后，便能夠形成相應(yīng)的衍射條紋。詳盡的實(shí)驗(yàn)原理以以下圖所示：圖二在圖二A處放置一激光發(fā)生器，其發(fā)出的激光以湊近90度的入射角照射在BB上（BB為鋼尺上刻度與刻度之間的圓滑面能夠反射激光），由于BB特其他小，其能夠和激光的波長(zhǎng)對(duì)照較，所以光束在反射的同時(shí)又發(fā)生衍射，當(dāng)兩束衍射光的相位相同時(shí)，則會(huì)相互疊加而加

4、強(qiáng)，在光屏上形成亮斑；當(dāng)兩束衍射光相位相反時(shí)，則由于相互疊加而減弱，形成暗斑。以以下圖激光以跟平面成角入射在圓滑平面上，經(jīng)過反射此后到達(dá)光屏，其光程差為：ABPABPDBDBd(coscos).當(dāng)光程差為零時(shí)，這時(shí)，在光屏上出現(xiàn)的亮斑為入射光直接反射所得，其亮度也較大，當(dāng)光程差恰好為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)兩束衍射光的相位相同，在P點(diǎn)疊加加強(qiáng)，出現(xiàn)亮斑；而當(dāng)光程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，則在光屏上出現(xiàn)暗斑。在反射亮斑的上方還有好多的亮斑，分別對(duì)應(yīng)著為,2,3,4等。所以由上式可知d(coscos1)d(coscos2)2d(coscos3)3其中d為鋼尺上刻度間的距離，我們默認(rèn)d為0.8mm。所以只要測(cè)出就

5、能計(jì)算出激光波長(zhǎng)。而依照?qǐng)D一我們不難看出：,1,2,3tanhL所以我們只要測(cè)出激光入射點(diǎn)到光屏的距離L，以及各個(gè)光斑的高度h就能獲取，而最亮的光斑是由激光直接反射獲取，所以其角與相等。2）實(shí)驗(yàn)步驟1、用透明膠布將鋼尺固定在桌子上，鋼尺與墻面垂直，有刻度的鋼尺面朝上,鋼尺大體距離墻面2m左右。2、打開激光發(fā)生器，并將激光器放在如圖一A處的地址，使激光能夠打在鋼尺的刻度上，增大入射角度，使入射角處于88度到90度的范圍內(nèi)，這時(shí)我們能夠看到激光打在鋼尺刻度的范圍大大增大，再細(xì)調(diào)入射角度我們能夠在墻上看到一系列的亮斑，固定激光器。3、用卷尺測(cè)量激光在鋼尺上的入射點(diǎn)到墻面的垂直距離L，由下而上分別測(cè)出

6、光斑的高度h0,h1,h2,h3。3）實(shí)驗(yàn)裝置精度為1mm的鋼尺一把、一般激光發(fā)生器一個(gè)、卷尺一把、膠帶紙若干.4）實(shí)驗(yàn)照片.5）測(cè)量數(shù)據(jù)記錄d=0.8mmL=2.1010mh04.47cmh19.72cmh212.43cmh314.86cm（4個(gè)高度都是相對(duì)于桌面而言）6）數(shù)據(jù)辦理.210.10COS0.999773822COSCOS210.1010.9989316210.1029.722210.1020.9982545210.10212.432210.10COS30.997508122123d(coscos1)(0.99977380.9989316)*0.8mm673.8nmd(cosco

7、s(0.99977380.9982545)*0.8mm2)607.8nm2d(coscos(0.99977380.9975081)*0.8mm3)604.2nm3123682.6nm3三、談?wù)撆c結(jié)果直接從激光器里發(fā)出的激光束打在鋼尺上反射后形成干涉亮斑的實(shí)質(zhì)其實(shí)就是反射光柵模型，鋼尺其實(shí)就相當(dāng)于在光潔度比較高的鋼板上刻出一系列等間距的平行細(xì)槽而形成的。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果能夠我們能夠看出，用鋼尺測(cè)量激光波長(zhǎng)時(shí)誠(chéng)然實(shí)驗(yàn)方法較粗糙，隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響也比較大。但經(jīng)過波長(zhǎng)相對(duì)誤差的比較，我們能夠發(fā)現(xiàn)此方法的誤差與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法的誤差大體一致，也就是說用這種看似比較大概的方法也能夠較精確地獲取激光器

8、的波長(zhǎng)。所以，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)特別是工程技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，使用該方法便能夠很簡(jiǎn)潔的快速獲取激光的波長(zhǎng)值，也許是作為分光裝置使用，把入射光中不相同波長(zhǎng)的光分開開來(lái)，很簡(jiǎn)單形成光譜，從而可提高工作效率，縮短使用精巧儀器測(cè)量的周期。反過來(lái)，若是充當(dāng)反射光柵的不是鋼尺，而是其他表面有一系列等間距平行刻痕的物體，利用本實(shí)驗(yàn)方法在已知激光波長(zhǎng)的情況下，便能夠較精確地測(cè)最這間距的長(zhǎng)度，從而為確定渺小難以用一般工具測(cè)量的距離供應(yīng)了簡(jiǎn)單易行的方法。在實(shí)驗(yàn)的過程中我們也遇到了好多的問題，要成功的做完實(shí)驗(yàn)好多地方還是需要我們注意起來(lái)，第一激光器的選擇，我們應(yīng)入選擇功率較大的激光器，若用工具較小的激光器，由于鋼尺的表面不是特別理想的鏡面，也就是.反射率不是特其他高，這樣就會(huì)使得經(jīng)過反射后的激光很難被我們察看和測(cè)量，不利于實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)中還有一個(gè)特別要引起我們注意的地方是控制激光的入射角度，必定是激光以湊近90度的入射角照射在鋼尺的刻度上，所謂的湊近90度就是88度到90度，當(dāng)以湊近90度的入射角打在鋼尺上時(shí)，我們能夠看到鋼尺被激光照射到的面積大大增加，換句話說也就是說有效光柵的面積大大增大了，由我們的光學(xué)知識(shí)能夠知道，多縫衍射的精巧度要比單縫衍射高的多，增大激光的入射角就相當(dāng)于使激光經(jīng)過了更多的縫，所以產(chǎn)生的光斑更加的尖利，更好地能被我們