Optisk gitter forsøg

Formål

Formålet med denne rapport er at bestemme bølgelængden for det lys som en laser udsender, ved hjælp af et optisk gitter.

Teori

Lys kommer fra atomer eller rettere deres elektroner. Lys er altafgørende for alt liv på jorden. Energi stammer fra sollys og den stråling som solen udsender, gør at vi kan leve. Lys betegner den del af det elektromagnetiske spektrum, som er synligt for det menneskelige øje. Lysets farve forbindes typisk med frekvens. Lyskilder udsender typisk lys mere flere forskellige frekvenser. Bølgelængden af synligt lys ligger i intervallet fra ca. 380 mm til ca. 740 mm. Lys har både bølgeegenskaber og partikelegenskaber . Bølgeegenskaberne viser sig. Bl.a. i situationer hvor lyset afbøjes, som vi har gjort via. Et optisk gitter. Afbøjningen i et gitter beskrives bedst ved at tænke på lys som bølger, der kan interferere. Partikelegenskaberne viser sig bl.a. i situationer hvor lys absorberes eller emitteres.

Laseren bliver ofte brugt som en helium-neon-laser lyskilde. Laseren udsender monokromatisk lys, som vil sige at lyset er ensfarvet.

Ordet laser er en forkortelse af ”light amplification by Stimulated emission of radiation”. Spejlene i rørets ender bevirker, at de fotoner, der bevæger sig i rørets længderetning, sendes frem og tilbage røret i mange gange. Herved opnår man en kraftig forstærkning af lyset i rørets retning. For at få lyset ud af laseren benytter man i den ene ende af røret et spejl, som tillader en lille del af lyset at passere.

Laserlysets bølgelængde kan vi beregne ved hjælp af bølgeligningen, som ser sådan ud:

Hvis man isolerer bølgelængden kommer gitterligningen til at se ud således:

 = laserlysets bølgelængde I meter

d = afstanden mellem spalterne I gitteret I meter

= sinus til værdien af afbøjningsvinklen I grader

n = den givende orden

Et optisk gitter består af et gennemsigtigt materiale, hvor der er en masse tætliggende linjer. Et optisk  gitter benytter man i optikken til at sprede lysstråler. Et optisk gitter er karakteriseret ved afstanden mellem gitterlinjerne (fra 100-6000 linjer/mm). Når man belyser gitteret, vil de enkelte linjer diffraktere lyset i alle retninger. I vores forsøg har vi brugt et optisk gitter med 600 linjer/mm, hvilket vil sige at når lyset passere det optiske gitter, opføre lyset sig som om det kommer fra 600 små lyskilder pr mm, som derfor gør at lyset spreder sig alle retninger.

Eksperimentelt

Forsøgsbeskrivelse

Vi anvendte et optisk gitter med 600 linjer/mm. Vi anbragte gitteret parallelt med en tavle og målte afstanden fra gitteret til væggen, som var 44 cm. Vi placerede derefter laserstrålen vinkelret ind mod gitteret. Herefter målte vi afstanden fra 0’te ordens prikken ud til henholdsvis 1. Ordens og 2. Ordens prikken. 1. Ordenen har vi målt 15,5 cm og 2. Ordenen har vi målt 38 cm.

Værdierne har vi puttet ind i nedestående skema:

Derefter indsætter man værdierne fra formlen sammen med værdierne for d og n, for at få den ønskede bølgelængde i den nedestående formel:

Diskussion

Fejlkilder

En af de største fejlkilder i vores forsøg har været upræcise målinger. Laserens opstilling har måske heller ikke været fuldstændig vinkelret, hvilket kan have påvirket vores resultater. Hvis der har været andet lys i rummet fra fx. vinduer, kan dette have påvirket resultatet. 
Trods disse fejlkilder passer vores bølgelænger meget godt overens med bølgelængden for grøn laser som er mellem 500 nm og 600 nm. Vores bølgelængder lå på 537 og 544, som vil sige at vi derfor ikke afveg specielt meget fra den eksakte bølgelænge. 

Konklusion

Ved at lave disse forsøg har vi fundet af at man ved hjælp at et optisk gitter kan finde bølgelængden for det lys som en laser udsender.