# Laserförsök – checklista

> [!info] Redovisning Allt redovisas **muntligt** för handledaren under passet, ingen skriftlig rapport. Målet är inte bara att mäta. Vi ska kunna förklara _varför_ mönstren ser ut som de gör med teorin för diffraktion, interferens och polarisation. Därför finns en ruta "Kunna förklara" före varje redovisning.

> [!warning] Säkerhet
> 
> - Titta **aldrig** in i strålen, håll huvudet utanför strålgången.
> - Akta reflexer från blanka ytor (klockor, ringar, glasplattan, prismat).
> - Rikta inte strålen eller reflexer mot andra grupper.
> - Rör aldrig glasytor med fingrarna.

## Formler (Fysika)

|Vad|Formel|Fysika|
|---|---|---|
|He-Ne-våglängd|$\lambda = 632{,}8\ \text{nm}$ (kontrollera med handledaren)|–|
|Vinkel från skärm|$\tan\theta = y/L$ → små vinklar: $\sin\theta \approx y/L$|–|
|Enkelspalt, minima|$b\sin\theta = m\lambda,\ m = \pm1, \pm2, \dots$|Fc5|
|Dubbelspalt/gitter, maxima|$d\sin\theta = m\lambda,\ m = 0, \pm1, \dots$|Fc4b, Fc5|
|Gitterkonstant|$d = 1/N$ ($N$ = linjer per längd)|–|
|Visibilitet|$V = \dfrac{I_\max - I_\min}{I_\max + I_\min}$|Fc4a|
|Brewstervinkel|$\tan\theta_p = n_2/n_1$ → i luft: $n = \tan\theta_p$|Fc3|

> [!tip] Mät över många ordningar Mät avståndet $2y_m$ mellan minimum $-m$ och $+m$ (så långt ut som går) och dela, i stället för att mäta ett enda fransavstånd. Ger mycket bättre noggrannhet. Använd **inte** småvinkelapproximationen för 600 linjer/mm-gittret (vinklarna blir ~20°).

> [!note]- University Physics (Young & Freedman), sidor och ekvationer Boken kallar spaltbredden $a$, instruktionen kallar den $b$.
> 
> |Avsnitt|Sida|Används i|
> |---|---|---|
> |35.1 Interference and coherent sources|1187|Försök 3 (koherens)|
> |35.2 Two-source interference, Eq. (35.4)–(35.6)|1191|Uppg. 6|
> |35.3 Intensity in interference patterns, Eq. (35.14)|1194|Uppg. 4|
> |35.4 Interference in thin films|1198|Försök 3|
> |36.1 Fresnel and Fraunhofer diffraction|1213|Försök 1|
> |36.2 Single slit, Eq. (36.2)–(36.3), Example 36.1|1215|Uppg. 1–3, 5|
> |36.3 Intensity single slit, Eq. (36.7)|1218|Uppg. 4|
> |36.4 Multiple slits (dubbelspalt med ändlig bredd)|1222|Uppg. 4–6|
> |36.5 Diffraction grating, Eq. (36.13)|1224|Uppg. 7|
> |33.5 Polarization, Brewster Eq. (33.8)|1118, 1122|Försök 4|
> 
> Babinets princip finns inte i boken, se laborationsinstruktionen.

---

## Före labben

- [ ] Anmäld till labbgrupp i Canvas (Personer)
- [ ] Canvas-quizzen: **alla rätt**. Annars får man inte delta, så fråga en lärare innan passet om något är oklart.
- [ ] Läst hela instruktionen och har koll på vad de fyra försöken går ut på
- [ ] Repeterat UP kap. 35.1–35.4, 36.1–36.5 och 33.5 (se tabellen ovan)
- [ ] Hemuppgiften om glasplattan gjord (behövs i försök 3)
- [ ] Packat: laborationsinstruktionen, linjal, miniräknare, formelsamling (Fysika), anteckningsblock och penna

## Uppställning och justering

- [ ] Tänd lasern och låt den vara på hela labben
- [ ] Vrid bort båda linserna → markera var fläcken träffar skärmen
- [ ] Vrid in $L_1$ ($f_1$ = 40 eller 50 mm) → justera så fläckens centrum hamnar på markeringen
- [ ] För in $L_2$ ($f_2$ = 160 eller 200 mm) → justera likadant
- [ ] Kontroll: reflexen från linsytorna faller tillbaka på laserns utträdesöppning (linserna vinkelräta)
- [ ] Fokusera på skärmen genom att förskjuta $L_2$
- [ ] Vet hur vi får divergent ljus: vrid bort $L_2$, använd bara $L_1$
- [ ] Mät avståndet hållare → skärm: $L$ = ____ m

---

## Försök 1 – Fraunhoferdiffraktion

Strålen **fokuserad** på skärmen.

### Uppgift 1 – Spaltbredd (variabel enkelspalt)

- [ ] Ställ in spalten, notera avläst bredd: $b_\text{avläst}$ = ____ mm
- [ ] Mät avstånd mellan minima

|$m$|$2y_m$ (mm)|$y_m$ (mm)|$b = m\lambda L / y_m$|
|---|---|---|---|
|1||||
|2||||
|3||||

- [ ] $b_\text{uppmätt}$ = ____ mm – jämför med avläst värde

### Uppgift 2 – Trådens diameter (Babinets princip)

- [ ] Sätt in diaramen "tunn tråd"
- [ ] Mät minima (samma formel som enkelspalt)

|$m$|$2y_m$ (mm)|$y_m$ (mm)|$D = m\lambda L / y_m$|
|---|---|---|---|
|1||||
|2||||
|3||||

- [ ] $D_\text{tråd}$ = ____ µm

### Uppgift 3 – Jämförelse

- [ ] Byt tillbaka till variabla spalten, justera tills mönstret ser likadant ut
- [ ] Avläst spaltbredd = ____ µm → stämmer det med $D_\text{tråd}$?

> [!question] Kunna förklara
> 
> - Varför gäller Fraunhofervillkoret här, och vad gör linserna för det?
> - Varför blir minimum där $b\sin\theta = m\lambda$? (Dela upp spalten i halvor, UP 36.2.)
> - Vad händer med mönstret när spalten görs smalare?
> - Babinet: varför ger en tråd och en spalt med samma bredd samma mönster (utom i centrum)?

- [ ] ✅ Redovisat försök 1 för handledaren

---

## Försök 2 – Dubbelspalt och gitter

### Uppgift 4 – Skiss

- [ ] Titta på dubbelspalt A, B och C
- [ ] Täck för ena spalten med papper och se skillnaden
- [ ] Skissa intensitetsfördelningen för en dubbelspalt **och** samma med en spalt övertäckt i samma diagram
- [ ] Markera 1:a och 2:a **diffraktionsminima**
- [ ] Markera 1:a och 2:a **interferensminima**

### Uppgift 5 – Spaltbredd, dubbelspalt A

Bestäms av diffraktionsminima (enveloppen), $b\sin\theta = m\lambda$.

|$m$|$2y_m$ (mm)|$b$|
|---|---|---|
|1|||
|2|||

- [ ] $b_A$ = ____ µm

### Uppgift 6 – Spaltavstånd, dubbelspalt A

Bestäms av interferensmaxima, $d\sin\theta = m\lambda$. Räkna fransar över så lång sträcka som möjligt.

- [ ] Antal fransavstånd $k$ = ____ över sträckan $s$ = ____ mm
- [ ] Fransavstånd $\Delta y = s/k$ = ____ mm → $d = \lambda L/\Delta y$ = ____ µm
- [ ] Rimlighetskoll: antal interferensmaxima innanför centrala diffraktionsmaximat ≈ $2d/b - 1$

### Uppgift 7 – Gitter

|Gitter|$d = 1/N$|Förväntat $\sin\theta_1 = \lambda/d$|Uppmätt $y_1$|Antal synliga ordningar|
|---|---|---|---|---|
|600 linjer/mm|1,67 µm|0,38|||
|100 linjer/mm|10 µm|0,063|||
|10 linjer/mm|100 µm|0,0063|||

- [ ] Vad händer när linjetätheten minskar?
- [ ] Syns några diffraktionsminima? Vid vilket gitter?

> [!question] Kunna förklara
> 
> - Mönstret som interferens (snabb variation, $d$) gånger diffraktion (envelopp, $b$).
> - Varför försvinner fransarna när ena spalten täcks över, men enveloppen är kvar?
> - Varför blir gittermaxima skarpare när antalet belysta spalter ökar? (UP 36.4–36.5)
> - Varför ser man färre ordningar vid hög linjetäthet? (Villkoret $\sin\theta \le 1$.)

- [ ] ✅ Redovisat försök 2 för handledaren

---

## Försök 3 – Glasplatta

- [ ] Glasplattan i strålgången, **30–60°** mot strålen
- [ ] **Svagt divergent** ljus
- [ ] Fånga transmitterad och reflekterad fläck på vitt papper

**a)**

- [ ] Ta bort plattan → titta på oregelbundna fransar från smuts/damm på linserna
- [ ] Sätt tillbaka plattan → identifiera mönstret som kommer från plattan

**b)** Visibilitet reflekterat vs transmitterat

- [ ] Bekräfta: reflekterat $V \approx 1$, transmitterat $V \approx 0$
- [ ] Förklaring:
- [ ] Jämför med hemuppgiften

> [!tip]- Ledtråd b) Reflekterat: de två interfererande strålarna (reflex i fram- resp. baksida) har nästan **lika** amplitud (~4 % vardera) → $V \approx 1$. Transmitterat: direktstrålen (~92 %) interfererar med en stråle som reflekterats två gånger (~0,2 %) → mycket olika amplitud → $V \approx 0$.

**c)** Taklampa och fönster

- [ ] Förklaring:

> [!tip]- Ledtråd c) Tänk på koherenslängden hos glödlampa/lysrör jämfört med vägskillnaden i en fönsterruta (mm), och att källan är utbredd.

> [!question] Kunna förklara
> 
> - Var kommer de två interfererande strålarna ifrån, och vilken vägskillnad har de?
> - Varför behövs laserns långa koherenslängd? (UP 35.1)
> - Varför är visibiliteten hög i reflektion men låg i transmission?

- [ ] ✅ Redovisat försök 3 för handledaren

---

## Försök 4 – Brewstervinkeln

- [ ] Rita skiss av uppställningen
- [ ] Bestäm hjälpmedel (t.ex. polarisationsfilter för att kontrollera/hitta polariseringen hos den reflekterade strålen)
- [ ] Diskutera planen med handledaren

**Kalibrering**

- [ ] Vrid prismat tills reflexen går rakt tillbaka i lasern (vinkelrätt infall): $\theta_0$ = ____°

**Mätning** – vrid tills reflekterade strålen blir minimal/linjärpolariserad

|Försök|Avläsning $\theta_\text{avl}$|$i_B = \lvert\theta_\text{avl} - \theta_0\rvert$|
|---|---|---|
|1|||
|2|||
|3|||

- [ ] Medelvärde $i_B$ = ____°
- [ ] $n = \tan i_B$ = ____
- [ ] Rimlighetskoll: vanligt glas $n \approx 1{,}5$ → $i_B \approx 56°$

> [!question] Kunna förklara
> 
> - Varför blir den reflekterade strålen linjärpolariserad vid Brewstervinkeln? (Reflekterad och bruten stråle vinkelräta, UP 33.5.)
> - Är laserljuset polariserat från början? Hur påverkar det vad vi ser?
> - Vilken är den största osäkerheten i $i_B$, och hur slår den igenom på $n$?

- [ ] ✅ Redovisat försök 4 för handledaren

---

## Efter labben

- [ ] Städat och återställt all utrustning som den var
- [ ] Laser avstängd (om handledaren säger det)
- [ ] Anteckningar fotade/renskrivna