Fisica sperimentale della materia - il Diodo laser

Intensità e lunghezza d'onda

Intensità: 150001000050000 628 630 632 634 636 638

Lunghezza d'onda [nm]:

Il valore della lunghezza d'onda misurato dal monocromatore è pari a: λ = 632,5 ± 0,1 nm. Quindi i dati di lunghezza d'onda andranno sempre corretti aggiungendo 0,3 nm al valore registrato dal monocromatore.

Da tale misurazione ricaviamo anche la larghezza a mezza altezza del picco registrato col laser ad elio-neon e che confronteremo con lo stesso parametro che verrà registrato con il diodo laser. Per calcolare tale parametro troviamo, grazie al software di analisi Origin, la miglior gaussiana che approssima i nostri dati. Origin restituisce anche il valore del parametro in questione h = 0,5 ± 0,1 nm.

L'errore δh è calcolato a partire dall'errore δλ, essendo h una differenza tra due lunghezze d'onda:

δh = δλ + δλ

δh = 0,1 nm

Ora che conosciamo la larghezza a metà altezza che...

caratterizza il monocromatore con i parametri assegnati, poniamo come incertezza su tutte le successive misure questa Δλ = h/2 = 0,3 nm. 3. Calcolo della corrente soglia. Attraverso la manopola collegata al diodo laser aumentiamo la corrente ce ad esso affluisce. La sfera riflettente collegata ad un rilevatore di potenza restituisce il valore della potenza del fascio luminoso. Disegniamo tale andamento. È chiaramente individuabile un doppio andamento della potenza in funzione della corrente. Tale differenza è dovuta alla diversa natura della luce emessa dal diodo, che passa da LED a laser. Ciò che vogliamo trovare è il valore di corrente a cui avviene tale mutamento e che chiameremo I soglia. Per fare ciò ci avvaliamo ancora una volta del software di analisi Origin in grado di linearizzare i due andamenti e ricavare il valore di I soglia. Tale valore è pari a I = 26,8 ± 0,7 mA soglia, dove l'incertezza è calcolata secondo la

teoria di propagazione degli errori.

Le due rette rappresentate sul grafico sono puramente indicative dell'andamento.

4. Scansione col monocromatore.

A tre differenti valori di intensità di corrente sono state effettuate tre diverse scansioni col monocromatore. Dopo aver sottratto il rumore di fondo (luce di buio) come fatto nella precedente esperienza disegniamo con tre colori differenti i risultati delle tre scansioni per metterli a confronto.

Le prime due misure sono state effettuate con i seguenti parametri:

Lunghezza d'onda iniziale 220,3nm

Lunghezza d'onda finale 295,3 nm

Velocità di scansione 0,5 nm

Tempo esposizione 1 sec

La terza misura (I = 34 mA) è stata effettuata coi seguente parametri:

Lunghezza d'onda iniziale 670,3nm

Lunghezza d'onda finale 680,3 nm

Velocità di scansione 0,1 nm

Tempo esposizione 1 sec

Grafico 3: confronto

22mA

26mA

10000

34mA (b)

[mA]

8000

relativa

luminosa

4000

Intensità

20000

610

620

630

640

650

660

670

680

690 700Lunghezza d'onda [nm]Si nota che per il valore di corrente più alto l'andamento presenta il caratteristico picco proprio della luce laser, mentre con correnti minori la luce non è coerente e vi sono quindi molte lunghezze d'onda ad intensità diverse. Non deve stupire il fatto che l'intensità rilevata dal monocromatore per la misura con 34 mA sia circa uguale a quella rilevata con 26 mA. Ciò si è verificato perché, per evitare di danneggiare il fotomoltiplicatore del monocromatore è stata modificata, per l'ultima scansione (blu), la dimensione della fenditura in uscita, in modo da diminuire l'intensità della luce laser. Possiamo, per mettere in evidenza la larghezza a mezza altezza dei tre andamenti, normalizzare i dati a 1 e disegnarli sul medesimo grafico.

Grafico 4: confronto normalizzato

22mA

26mA

1,0

34mA (b)normalizzata

0,8

0,6

luminosa

0,4

Intensità

0,2

0,06

10

620

630

640

650

660

670

680 690 700Lunghezza d'onda [nm]Di seguito la tabella riporta i valori della larghezza a metà altezza calcolati.Intensità di corrente [mA] Larghezza a mezza altezza22 27,5 ± 0,3 nm26 15,0 ± 0,3 nm34 0,9 ± 0,3 nmÈ da notare che le differenti barre d'errore sono dovute a scansioni fatte con una velocità differente. Si evidenzia inoltre ancora una volta la differente natura della luce tra le prime due scansioni e la terza proprio perché il diodo passa da emissione LED a emissione laser. Tutte le larghezze a mezza altezza sono inoltre maggiori di quella registrata al punto 2 e che avevamo preso come risoluzione dello strumento. Ciò significa che i dati raccolti sono significativi.5. Confronto tra le temperatureDisponiamo anche dei dati raccolti con lo stesso diodo dal gruppo del martedì: è stato scansionato lo spettro del diodo ad intensità di corrente I = 34mA. L'unica differenza sta nella