8.04.2013r.	Wyznaczanie rozmiarów przeszkód za pomocąlasera.	Ćw. 23
Mechanika i Budowa Maszyn	Rafał Freier

Uwagi

1. Wstęp

Laser półprzewodnikowy to laser, którego obszarem czynnym jest półprzewodnik. Najczęściej laser półprzewodnikowy ma postać złącza p-n w którym obszar czynny jest pompowany przez przepływający przez złącze prąd elektryczny. Ze względu na niewielkie rozmiary, niskie koszty produkcji, oraz wysoką wydajność, lasery półprzewodnikowe są dzisiaj najczęściej wykorzystywanym rodzajem laserów, znajdują zastosowanie między innymi w napędach CD, DVD, Blu-ray, wskaźnikachlaserowych lub w zastosowaniach militarnych jako wskaźniki celu.

Istnieje wiele innych rodzajów laserów takich jak: jonowe, molekularne, barwnikowe, chemiczne.

Wyznaczanie rozmiarów szczelin i przeszkód za pomocą światła oparte jest na fakcie istnienia zjawisk dyfrakcji i interferencji światła. Aby można było te zjawiska poprawnie obserwować, uginające i nakładające się fale, powinny spełniać określone warunki.

Schemat zestawu (przyrządów)

Opis przebiegu doświadczenia:

Zadaniem było wyznaczyć wielkość stałej siatki dyfrakcyjnej za pomocą światła laserowego o znanej nam długości fali λ, szerokości szczeliny oraz średnicy cienkiego drutu. Przedmioty zostały kolejno montowane w uchwycie przyrządu. Przeprowadzane pomiary dokonano dla trzech odległości przedmiotów od ekranu. W tabeli zapisano wyniki pomiarów dla rzędów widma które widoczne były na ekranie. Pomiary były wykonywane dla trzech widm. Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli.

2. Tabela

Rodzaj przeszkody	Stała d[nm]	Odległość l [mm]	Odległość an[mm]	Długość fali  [nm]	Rząd widma n	Średnica D Groove G [mm]
Siatka Dyfrakcyjna		785	218	680	1
			785	435	680	2
			785	695	680	3
			570	154	680	1
			570	320	680	2
			570	505	680	3
			390	105	680	1
			390	220	680	2
			390	345	680	3
	Szczelina		109	22	680	1
			109	45	680	2
			109	65	680	3
			410	15	680	1
			410	30	680	2
			410	50	680	3
			605	20	680	1
			605	42	680	2
			605	60	680	3
	Drut		1065	16	680	1
			1065	21	680	2
			1065	43	680	3
			780	12	680	1
			780	22	680	2
			780	37	680	3
			550	10	680	1
			550	18	680	2
			550	26	680	3

1. Wyznaczanie stałej d siatki dyfrakcyjnej




; jeżeli a_n < l to;


l- odległość siatki od ekran

a_n-odległość między maksymami w rzędach

n- rząd widma

λ - dł. fali (680*10^-6 mm)

Stała d siatki dyfrakcyjnej:

1. 4897, 24[nm]

2. 4908,50[nm]

3. 4608,34[nm]

4. 5033,76[nm]

5. 4845[nm]

6. 4605,14[nm]

7. 5051,42[nm]

8. 4821,81[nm]

9. 4612,17[nm]

Dśr =4820,37[nm]

2. Obliczanie średnicy drutu D




Gdzie:

n - rząd widma


- odległość drucika od ekranu

λ - dł. fali

a_n - odległość między maksymami poszczególnych rzędów

D- średnica drutu

Wyniki:

1. 0,135 [mm]

2. 0,172 [mm]

3. 0,117 [mm]

4. 0,132 [mm]

5. 0,120 [mm] D_śr = 0,110 [mm]

6. 0,100 [mm]

7. 0,112 [mm]

8. 0,103 [mm]

9. 0,100 [mm]

3. Obliczanie średnicy szczeliny D




n - rząd widma


- odległość drutu od ekranu

λ - długość fali

a_n - odległość między maksymami poszczególnych rzędów

D- średnica szczeliny

Wyniki:

1. 0,010 [mm]

2. 0,008 [mm]

3. 0,007 [mm]

4. 0,055 [mm]

5. 0,046 [mm] D_śr = 0,035 [mm]

6. 0,039 [mm]

7. 0,061 [mm]

8. 0,048 [mm]

9. 0,047 [mm]




Niepewności pomiarowe:

Δ
=2mm

Δa_n=3mm

Niepewność dla siatki dyfrakcyjnej d :

ud=100nm

niepewność średnicy drutu D:

uD=0,03nm

niepewność szerokości szczeliny D:

uD=0,0015nm




Wnioski:

Przeszkody, które znajdują się na drodze fal świetlnych powodują zakłócenie kształtu powierzchni falowych, co prowadzi do zjawiska dyfrakcji swiatła. Zjawisko zachodzi identycznie na przeszkodach, jak i na otworach o tych samych rozmiarach. Zmierzenie szerokości obiektu jest możliwe dzięki określeniu odległości prążków kolejnych rzędów widma, a także długości fali lasera półprzewodnikowego. Rozbieżności w wynikach są spowodowane niedokładnymi pomiarami odległości między prążkami oraz dystansu przeszkody od ekranu.














---