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Verwandte Anleitungen für THORLABS EDU-QE1
Inhaltszusammenfassung für THORLABS EDU-QE1
- Seite 1 EDU-QE1 EDU-QE1/M Quantenradierer Handbuch...
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Seite 2: Inhaltsverzeichnis
5.2 Experiment 2: Quantenradierer ........ 25 5.3 Experiment 3: Gedankenexperiment ...... 26 Kapitel 6 Didaktische Kommentare ..........28 Kapitel 7 Problembehandlung ............30 Kapitel 8 Weitere Ideen..............31 Kapitel 9 Bestimmungen ............... 32 Kapitel 10 Thorlabs weltweit ............33 ... -
Seite 3: Kapitel 1 Warnsymbole
Quantenradierer Kapitel 1 Warnsymbole Die hier aufgeführten Warnsymbole finden sie eventuell in diesem Handbuch oder auf dem Produkt. Symbol Beschreibung Gleichstrom Wechselstrom Gleich- und Wechselstrom Erdungsanschluss Schutzleiteranschluss Chassisanschluss Potenzialgleichheit An (Versorgung) Aus (Versorgung) Ein-Position Aus-Position Vorsicht: Risiko eines elektrischen Schlages Vorsicht: Heiße Oberfläche Vorsicht: Gefahr Warnung: Laserstrahlung... -
Seite 4: Kapitel 2 Sicherheitshinweise
Quantenradierer Kapitel 2 Sicherheitshinweise ACHTUNG WICHTIG: Die Polarisatorfolien sind auf jeder Seite mit durchsichtigen Schutzfolien beklebt. Es empfiehlt sich dringend, beim Zusammenbau der Polarisatoren Handschuhe zu tragen, damit nicht mit blanken Fingern auf die Folie gefasst wird. Weiterhin sollte vermieden werden, die Polarisatoren längere Zeit mit UV-Licht zu bestrahlen, oder sie hohen Temperaturen und Chemikalien wie Aceton auszusetzen. -
Seite 5: Kapitel 3 Kurzbeschreibung Und Grundgedanken
Quantenradierer Kapitel 3 Kurzbeschreibung und Grundgedanken In einem Mach-Zehnder Interferometer wird ein Lichtstrahl zunächst durch einen Strahlteiler in zwei Komponenten aufgeteilt und an einem zweiten Strahlteiler wieder vereint. Verursacht durch den optischen Gangunterschied der beiden Teilstrahlen können an zwei Schirmen hinter dem zweiten Strahlteiler zwei komplementäre Interferenzmuster beobachtet werden. - Seite 6 Quantenradierer Abbildung 1: Mach-Zehnder Interferometer Aufbau mit (1) Laser, (2) Linse, (3) Strahlteiler, (4) Polarisator, (5) Spiegel und (6) Beobachtungsschirm Seite 4 MTN002250-D03...
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Seite 7: Kapitel 4 Aufbau Und Justierung
Quantenradierer Kapitel 4 Aufbau und Justierung Übersicht über die Einzelkomponenten Für das metrische Versuchspaket gelten zum Teil andere Artikelnummern als für das zöllische Paket. Wenn die Nummern unterschiedlich sind, dann bezeichnet das „(/M)“ die metrische Komponente. Die Größenangaben in Klammern beziehen sich ebenfalls auf die metrischen Teile. - Seite 8 Quantenradierer 2 x ME1-G01 3 x KM100 2 x EDU-VS1(/M) Ø1" Aluminium Spiegel Kinematischer Halter, Beobachtungsschirm Ø1" 10 x TR3 (TR75/M) 2 x TR2 (TR50/M) 9 x PH3 (PH75/M) Ø1/2" (Ø12.7 mm) Post, Ø1/2" (Ø12.7 mm) Post, Ø1/2" (Ø12.7 mm) Post- 3"...
- Seite 9 Quantenradierer 3 x SM1RR Halteringe, 1 x RDF1 1 x MB1824 SM1 Gewinde 4 Gummifüße (MB4560/M) Aluminium Breadboard, 18" x 24" (45 cm x 60 1 x SPW606 1 x AT1(/M) 4 x F25SSK1-GOLD SM1 Haltering- Justierhilfe, Plexiglas Goldene Schlüssel, 1.18”...
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Seite 10: Zusammenbau Der Komponenten
Schraubenköpfe dieser KM100 und KM200T-Halter mit den goldenen F25SSK1-GOLD Köpfen, indem Sie mit einem Inbus-Schlüssel in den Schraube greifen und den Kopf abdrehen. Ein erklärendes Video ist auch auf der Webseite des KM100 auf www.thorlabs.com zu finden. Abbildung 2: Zusammenbau der Komponenten Seite 8... - Seite 11 Quantenradierer Schrauben Sie die KM100, KM200T, LMR1(/M) und RSP1D(/M) Halter auf die TR3 (TR75/M) Posts mittels der mitgelieferten Schrauben und setzen Sie sie in die PH3 (PH75/M) Post-Halter. Setzen Sie einen der KM200T in den PH3E (PH75E/M). Gehen Sie für die Beobachtungsschirme analog mit den PH2 (PH50/M) und TR2 (TR50/M) vor.
- Seite 12 Quantenradierer Setzen Sie den CPS532-C2 Laser in den AD11NT-Adapter und befestigen Sie ihn mit den Halteschrauben. Setzen Sie den Adapter dann in den verbliebenen KM100 Halter, verbinden Laser LDS5(-EC) Spannungsversorgung, prüfen Sie, dass am Boden des LDS5(-EC) die richtige Spannung eingestellt ist und schalten Sie ihn ein. WARNUNG Das Lasermodul ist ein Klasse 2 Laser, der keine speziellen Schutzbrillen erfordert.
- Seite 13 Quantenradierer 10. Drehen Sie die erste Polarisator-Komponente um 180° um die Stiel-Achse, sodass die Skala in die andere Richtung zeigt, s. Bild unten. 11. Drehen Sie den zweiten Polarisator im Uhrzeigersinn, bis er senkrecht zum ersten ist. Notieren Sie sich, um welchen Winkel Sie gedreht haben, wir nennen diesen ab hier .
- Seite 14 Quantenradierer 12. Drehen Sie die erste Polarisator-Komponente wieder um 180° zurück, sodass die Skala wieder zum Laser zeigt. / . In unserem Fall 13. Drehen Sie den ersten Polarisator im Uhrzeigersinn um zeigte der erste Polarisator zu Beginn 34°. Er muss nun also auf die Position 34° - 134°/2 = 34°...
- Seite 15 Quantenradierer 14. Sie haben nun die Orientierung des Polarisators gefunden, die entweder parallel oder senkrecht zur optischen Platte ist. In unserem Beispiel muss nun also die Skala, die bisher auf „327°“ steht, auf entweder 0° oder 90° geändert werden. Nehmen Sie hierfür die dritte Polarisatorfolie und testen Sie, ob Sie die 0° oder die 90°-Stellung gefunden haben (die flache Seite der Polarisatorfolie ist parallel zur Transmissionsrichtung).
- Seite 16 Quantenradierer 15. Drehen Sie den zweiten Polarisator so, dass er senkrecht zum ersten steht (bis also die Transmission wieder auf null sinkt). Verändern Sie dann auch hier die Skala durch Lösen der Schräubchen, mit Einstellung 90° oder 0°, siehe Bild unten.
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Seite 17: Aufbau Und Justierung
Quantenradierer Aufbau und Justierung 4.3.1 Laseraufbau Fixieren Sie den Laser an einem Ende der Lochrasterplatte. Stellen Sie sicher, dass der Laser in 45° polarisiert ist, indem Sie einen auf -45° eingestellten Polarisator vor den Laser stellen und den Laser solange im Halter rotieren, bis die minimale Transmission erreicht ist. - Seite 18 Quantenradierer Schrauben Sie dann einen der Spiegel am anderen Ende des Boards fest, sodass der Laser in einem 90° Winkel davon reflektiert wird. Richten Sie den Laserstrahl idealerweise am Lochraster der Platte aus, wie in Abbildung 4 skizziert. Folgen Sie dafür dem Strahl mit dem Schirm oder einem Stück Papier. Passen Sie die Ausrichtung des reflektierten Strahls mit der Justierhilfe an, sodass der Strahl den Spiegel in der Mitte trifft und auch möglichst parallel zur Plattenoberfläche verläuft.
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Seite 19: Beobachtungsschirme Und Ausrichtung
Quantenradierer 4.3.3 Beobachtungsschirme und Ausrichtung Stellen Sie dann einen der EDU-VS1(/M) Beobachtungsschirme relativ nah hinter dem Strahlteiler auf (Schirm 1, s. Abbildung 6), den anderen in einem Abstand von etwa 2-3 Metern (wenn möglich sogar noch weiter entfernt). Ziel ist es nun, beide Teilstrahlen zu überlagern, sodass sie interferieren können. - Seite 20 Quantenradierer 10. Es gibt nun drei mögliche Wege, wie man bei der Justierung weiter vorgehen kann. Keiner ist besser als der andere – wählen Sie denjenigen, der Ihnen am meisten liegt: Stellen Sie die Spots so ein, wie in den vorherigen Punkten beschrieben. Nun stellen sie die Linse zwischen Laser und erstem Strahlteiler in den Strahlengang und weiten damit den Laser auf.
- Seite 21 Quantenradierer Abbildung 7: Gesamter Aufbau des Interferometers mit Polarisatoren Rev E, February 21, 2018 Seite 19...
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Seite 22: Aufbau
Quantenradierer Aufbau 4.4.1 Komplementäre Interferenzmuster und Phasensprünge Die beiden Interferenzmuster am Ausgang des Mach-Zehnder-Interferometers sind komplementär. Das bedeutet, dass eine helle Stelle an einem Schirm am anderen Schirm dunkel ist (und umgekehrt). Dies lässt sich durch die Phasensprünge an den Strahlteilern verstehen, was im folgenden kurz dargestellt wird. -
Seite 23: Ringstruktur
Quantenradierer Laser Laser Abbildung 10: Phasenunterschied am anderen Schirm Deshalb ergibt sich also immer ein Phasenunterschied von (180°) zwischen beiden Schirmen. Hierbei ist zu beachten, dass wir den Phasenversatz durch das Material selbst nicht betrachten. Hier geht es nur um die Sprünge bei Reflexionen. Der Phasenversatz im Medium verursacht eine weitere Verschiebung in der Gesamt-Phase, ändert aber nichts am Fakt, dass die Bilder an beiden Schirmen komplementär sind. - Seite 24 Quantenradierer Abbildung 11: Erklärung des kreisförmigen Interferenzmusters Sind nun die Interferometerarme deutlich unterschiedlich lang, so sind die beiden virtuellen Lichtquellen weit voneinander entfernt. Eine kleine Änderung der Position am Schirm entspricht damit einer großen Änderung im Weglängenunterschied, welche sich wiederum in eine entsprechende Änderung im Interferenzmuster übersetzt.
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Seite 25: Kapitel 5 Experimentieranleitung
Quantenradierer Kapitel 5 Experimentieranleitung Zunächst sei noch einmal darauf hingewiesen, dass dieses Experiment ein Analogie- Experiment zum „echten Quantenradierer“ darstellt, da es auch rein klassisch erklärt werden kann. Ansonsten müsste man tatsächlich Einzelphotonen verwenden, bei denen die klassische Physik schließlich versagt. Man kann das Experiment aber trotzdem mit quantenmechanischen Prinzipien und Termini beschreiben. - Seite 26 Quantenradierer Abbildung 12: Komplementäre Interferenzmuster Abbildung 13: Verschwinden des Interferenzmusters Seite 24 MTN002250-D03...
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Seite 27: Experiment 2: Quantenradierer
Quantenradierer Fangfrage: Oben haben wir erklärt, dass ein auf 0° eingestellter Polarisator in einem Interferometerarm und ein 90° Polarisator im anderen Arm zu einer Weginformation führen und wir deshalb kein Interferenzmuster sehen. Der Gedankengang war, dass am Schirm (oder einem entsprechenden Detektor) entweder 0° oder 90° als Polarisation des Photons gemessen wird und wir dadurch sagen können, durch welchen Arm es gelaufen ist. -
Seite 28: Experiment 3: Gedankenexperiment
Quantenradierer Abbildung 14: Rechter Schirm: kein Interferenzmuster beobachtbar, Linker Schirm: Interferenzmuster hinter dem Radierer Experiment 3: Gedankenexperiment Der Physiker John Wheeler erdachte folgendes Gedankenexperiment: Man stelle sich vor, der zweite Strahlteiler werde erst in den Aufbau eingebracht, wenn sich das Photon (nach klassischer Vorstellung) schon für einen Weg entschieden haben müsste. - Seite 29 Quantenradierer Aufbau zu stellen, nachdem das Photon den ersten Strahlteiler schon passiert hat? Sehen wir ein Interferenzmuster? Haben wir einen definierten Weg oder nicht? Zunächst einmal sollte man sich vor Augen führen, dass „nachdem das Photon den ersten Strahlteiler passiert hat“ eine Formulierung der klassischen Physik ist! Solange wir die Position des Photons nicht messen, können wir bestenfalls Wahrscheinlichkeitsaussagen treffen.
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Seite 30: Kapitel 6 Didaktische Kommentare
Quantenradierer Kapitel 6 Didaktische Kommentare Der Quantenradierer, respektive das Mach-Zehnder-Interferometer, kann durchaus von Schülern selbst aufgebaut und justiert werden. Je nach experimenteller Erfahrung ist hierbei allerdings die hohe Zahl an Freiheitsgraden problematisch – schließlich kann jeder Spiegel und jeder Strahlteiler gedreht und verkippt werden. Um den Aufbau und die Justierung zu vereinfachen, sind die goldenen Schraubenköpfe angebracht worden. - Seite 31 Quantenradierer In manchen didaktischen Modellen wird die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsdichte | Ψ x, t | als Größe verwendet, um die physikalischen Prozesse zu veranschaulichen. Betrachtet man die Entwicklung dieser Funktion in der Zeit, so propagiert zunächst ein Wellenpaket aus dem Laser auf den ersten Strahlteiler. Hier trennt sich | Ψ | in zwei Anteile, die jeweils in einen Arm des Interferometers hinein propagieren.
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Seite 32: Kapitel 7 Problembehandlung
Quantenradierer Kapitel 7 Problembehandlung Die Laserspots überlagern sich zwar, aber es gibt keine Interferenz Sehen Sie in der Überlagerung ein Flackern? Wenn nicht, prüfen Sie nach, ob alle Komponenten möglichst exakt ausgerichtet sind (90° Winkel des Strahls nach Reflexion? Ist die Höhe des Strahls über der Platte am Schirm die gleiche wie am Laser direkt?). -
Seite 33: Kapitel 8 Weitere Ideen
Milchglasscheibe. Das Interferenzmuster auf der Scheibe nimmt er dann mittels einer Webcam auf, wozu er noch eine Linse verwendet. Thorlabs bietet „ground glass diffusers“ an, welche mit einem Halter wie dem FP02 verwendet werden können. Die Camera, die Dr. Colclough verwendet, ist eine C270 Logitech Webcam (die Vorteile wie eine herausnehmbare Linse, Helligkeitseinstellungen und einen günstigen Preis... -
Seite 34: Kapitel 9 Bestimmungen
Teile, die beim Zerlegen von Einheiten übrig geblieben sind (Leiterplatten, Gehäuse usw.). Wenn Sie ein Thorlabs Produkt zur Entsorgung geben möchten, dann setzen Sie sich bitte mit Thorlabs oder Ihrem Händler in Verbindung. Müllentsorgung liegt in Ihrer Verantwortung Wenn Sie ein Produkt nach Ende seines Lebenszyklus nicht an Thorlabs zurückgeben, so übergeben Sie es einem Unternehmen, welches auf Müllentsorgung spezialisiert ist. -
Seite 35: Kapitel 10 Thorlabs Weltweit
Europe Scandinavia Thorlabs GmbH Thorlabs Sweden AB europe@thorlabs.com scandinavia@thorlabs.com France Brazil Thorlabs SAS Thorlabs Vendas de Fotônicos Ltda. sales.fr@thorlabs.com brasil@thorlabs.com Japan China Thorlabs Japan, Inc. Thorlabs China sales@thorlabs.jp chinasales@thorlabs.com Rev E, February 21, 2018 Seite 33... - Seite 36 www.thorlabs.com...