چگونه می‌توان فاصله شیارهای توری پراش را اندازه گرفت؟

اندازه‌گیری گام توری پراش

مقدمه:

حتما نقش‌های رنگی روی سی‌دی و برخی اجسام دیگر را دیده‌اید. روی این اجسام شیارهای ریز بسیاری وجود دارد که باعث می‌شود، نور از آن پراشیده شود و طیف را ایجاد کند. توری پراش شامل تعداد زیادی شیار باریک و موازی یکدیگر است. شیارها ممکن است نوارهای تاریک و روشن یا نوارهای روشن ولی با ضخامت یا غلظت متفاوت، روی یک شیشه یا جسم شفاف باشند که چنین توری با عبور نور، ایجاد پراش می‌کند و توری پراش عبوری نامیده می‌شود. این شیارها ممکن است روی یک سطح صیقلی فلزی یا غیرفلزی ایجاد شده باشند و نور از آن بازتاب کند که توری بازتابی می‌نامند. سطح سی‌دی کامپیوتر شبیه نوعی توری بازتابی عمل می‌کند. اگر پرتو لیزر با طول موج λ به یک توری بتابد، هنگام عبور (یا بازتاب) پراشیده شده و طرح پراش آن که شامل نقاط روشن است، روی پرده­ مقابل دیده خواهد شد. فاصله بین شکاف­های توری را گام توری می­نامند. هرچه شیارهای توری فشرده‌تر باشد، نقش پراش بازتر می‌شود. گام توری را می­توان از رابطه زیر به دست آورد:

a= λ/ sinθ

که دراین رابطه a گام توری و θ زاویه پراش مرتبه اول و زاویه اولین لکه روشن نور روی پرده نسبت به راستای اولیه نور است. اگر نوری که به توری می‌تابد از دو رنگ مختلف مثلا دو لیزر مختلف تشکیل شده باشد چون پراش به طول موج تابش فرودی بستگی دارد، در طرح پراش (به جز پراش مرتبه صفر) دو سری نقاط با دو رنگ مختلف دیده می‌شود. حال اگر به جای دو طول موج مختلف نور، مثلا سفید بود و همه طول موج‌ها را داشت، هر طول موج در یک زاویه پراشیده می‌شد و در نتیجه طیف آن نور، توسط توری جدا می‌شد. این ویژگی توری پراش اساس کار بسیاری از طیف سنج‌ها است.

در این آزمایش سعی می‌کنیم گام توری پراش را به کمک لیزر اندازه‌گیری کنیم. 

 

هدف:

هدف از انجام این آزمایش بررسی پراش از توری پراش و تخمین گام توری با تاباندن نور لیزر به یک توری و محاسبه سینوس زاویه پراش است. بدین طریق می‌توانیم گام تراک‌های روی سی‌دی را نیز تخمین بزنیم.

 

چه کاری می‌خواهیم انجام دهیم و به چه لوازمی نیاز داریم:

می‌خواهیم نور لیزر را به توری پراش بتابانیم و با اندازه‌گیری زاویه پراش، از رابطه بالا، گام توری را تخمین بزنیم. برای ایجاد طرح پراش و محاسبه گام توری به کمک آن، به اقلام زیر نیاز داریم:

  

برای انجام علمی‌تر آزمایش و افزایش دقت، این روش‌ها به شما کمک می‌کند:

  • موازی کردن پرتو لیزر با سطح میز
  • اندازه‌گیری زاویه

 

آزمایش:

  • لیزر را روشن کنید و یک توری جلوی آن قرار دهید.
  • سطح توری را عمود بر باریکه بگیرید.
  • پرده‌ای پشت توری و موازی آن قرار دهید.
  • سه لکه نورانی روی پرده مشاهده خواهید کرد، که لکه مرکزی پرنورتر از دو لکه دیگر و تقریبا در وسط آن‌ها قرار دارد.لکه پرنور وسط پراش مرتبه صفر است که برای همه طول موج‌ها در همان وسط پیش می‌آید و دو لکه دو طرف پراش مرتبه اول هستند که در طیف‌سنجی معمولا استفاده می‌شوند.

  • فاصله لکه روشن اول تا لکه روشن مرکزی را اندازه بگیرید. می‌توانید فاصله دو لکه متقارن دو طرف لکه مرکزی را اندازه بگیرید و آن را نصف کنید و با مقدار قبلی مقایسه کنید.
  • فاصله پرده تا توری را نیز اندازه بگیرید.
  • با استفاده از رابطه tanθ =x/y، می‌توانید sinθ را بیابید و از رابطه بالا گام را محاسبه کنید.

 

آزمایش (پیشرفته‌تر):

  • توری را بچرخانید و نتیجه را بررسی کنید.
  • اگر دو توری مشابه را عمود برهم مقابل لیزر قرار دهید، چه طرحی را خواهید دید؟
  • دو لیزر سبز و قرمز را هم راستا کنید و به توری بتابانید. با داشتن طول موج یکی از لیزرها می‌توانید گام توری را بدست بیاورید و اکنون با داشتن گام توری طول موج لیزر دوم را تخمین بزنید. اگر لیزر را واگرا کنید (مثلا با یک عدسی) می‌بینید که لکه‌های نورانی نیز بزرگ می‌شوند. اگر واگرایی زیاد باشد، ممکن است دو لکه لیزر سبز و قرمز روی هم بیفتند که به نحوی قدرت تفکیک را محدود می‌کنند. برای افزایش دقت باید باریکه لیزر تا حد ممکن باریک باشد.

 

کاربرد:

اندازه شیارهای ریز که می‌توانند ایجاد پراش کنند را نمی‌توان با خط‌کش اندازه‌گیری کرد. برای اندازه‌گیری‌هایی در این ابعاد، استفاده از پراش ساده‌ترین راه است. از این قبیل قطعات می‌توان به سی‌دی یا دی‌وی‌دی یا بسیاری قطعات دیگر مثل هولوگرام‌ها یا توری پراش که در طیف سنجی کاربرد دارند، اشاره کرد.

 

 

سؤال، پیشنهاد و نکته:

  • مزیت استفاده اندازه‌گیری فاصله دو لکه متقارن و نصف کردن آن نسبت به اندازه‌گیری فاصله لکه تا لکه مرکزی چیست؟
  • پرده را باید در چه فاصله‌ای قرار داد؟
  • می‌توانید در اطرافتان لیزر را به هر چیزی که ایجاد طیف می‌کند بتابانید و نقش پراش را بررسی کنید.

 

آزمایش‌های مرتبط:

 

بیشتر بدانید:

ارتباط با بخش

از متخصص نور بپرس

در این بخش می توانید سؤالات خود را در رابطه با نور و لیزر بپرسید تا متخصصین به آن‌ها پاسخ دهند

لینک ارتباط مستقیم با