Corso di Ottica con Laboratorio A.A. 2014-15 F. Somma, M. Barnabei Esercitazione IV Misura della lunghezza d’onda di un laser con reticoli di passo differente Materiale a disposizione: Laser a diodo =650 nm Reticoli con passo differente: 80, 100, 300, 600 linee/mm Fettuccia metrica Supporto per il reticolo Schermo con carta millimetrata Descrizione dell’esperienza: La luce del laser inviata attraverso un reticolo a trasmissione produce una serie di frange luminose su uno schermo posto a distanza L dal reticolo. Il numero di frange che è possibile vedere, e la distanza fra di esse, dipende dal valore di n, numero di linee di incisione per millimetro con cui è realizzato il reticolo. Utilizzando reticoli differenti, si nota che la distanza fra le frange aumenta col valore di n. La posizione dei massimi di diffrazione, le frange luminose, è data dalla relazione 1 p sin m m , con p passo del reticolo e m il numero d’ordine della frangia n contato a partire dalla riga centrale, indifferentemente a destra o a sinistra di questa. Quindi: 1 (Eq. 1) sin m m m n p Con una semplice applicazione della trigonometria, l’angolo m può essere derivato da misure dirette della lunghezza dei due cateti del triangolo rettangolo, come mostrato in figura: x tan m m L Poichè per piccolo, tan sin , utilizzando la (Eq. 1), si ricava che: xm tan m sin m m n (Eq. 2) L Dalla formula precedente si vede che, fissato l’ordine m, il rapporto xm/L è direttamente proporzionale al numero di linee per mm del reticolo, con la costante di proporzionalità che dipende dalla lunghezza d’onda. La stessa equazione 2 può essere graficata con scelta diversa della variabile indipendente ed ottenere ugualmente il valore di . Accorgimenti Nel montare l’attrezzatura dovete trovare il giusto compromesso fra tre esigenze contrastanti: 1) l’esigenza di avere grandi valori di xm, per ridurre l’errore relativo xm/xm su questa misura; 2) l’esigenza di avere valori di L non troppo grandi, perché altrimenti le frange potrebbero finire fuori dallo schermo; 3) infine l’esigenza di mantenere il rapporto x/L entro valori piccoli, indicativamente dell’ordine di 1/10, altrimenti non è più valida l’approssimazione contenuta nella formula data in (Eq.2). Con grandi valori di n si vedono pochi massimi secondari per ciascun lato. Per stabilire l’ordine m a cui riferire le misure su tutti i reticoli a disposizione, si consiglia di partire dal reticolo col massimo valore di n. Per ridurre l’errore sulla misura di x, utilizzare l’accorgimento di misurare la distanza fra due frange laterali corrispondenti e poi dividere per 2. Le frange laterali risultano piuttosto larghe: valutate l’opportunità di ottenere la posizione del massimo come valore centrale fra i due estremi di ogni frangia o da una media di misure ripetute con tentativo di individuare direttamente il punto più luminoso della frangia. Dati ed elaborazione m= Reticolo n. (linee/mm) L (cm) = L(cm) = x (cm) <x> (cm) x (cm) x L x L 1 2 3 4 5 Con i dati della tabella costruite il grafico (n, x/L), verificate che esiste la proporzionalità diretta ipotizzata e, utilizzando gli strumenti di elaborazione dati del foglio elettronico, ricavate il valore della lunghezza d’onda della sorgente laser. Commenti e riflessioni sui risultati ottenuti: