Изучение закона малюса и прохождения поляризованного света через фазовую пластинку - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Проверка закона малюса 1 24.26kb.
Исследование характера поляризации лазерного излучения и экспериментальная... 1 66.11kb.
6. Анализ поляризованного света 1 79.08kb.
Изучение интерференции света 1 115.41kb.
4. 1 Изучение интерференции света 1 89.58kb.
Резонансное взаимодействие радиально поляризованного лазерного излучения... 1 28.5kb.
Урока: Лекция. Тема урока: Дифракция света. Зоны Френеля. Цель урока... 1 52.4kb.
Ф-о- лр 63 изучение явления поляризации 1 129.35kb.
1. Наблюдение дисперсии света 1 54.98kb.
Описание прохождения границы между Иркутским (№38) и Усть–Ордынским... 1 260.23kb.
1. Работа с файлами (прямой, последовательный доступ, текстовые файлы) 1 85.08kb.
Исполнитель: РинчиндабаевСтас 1 77.16kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Изучение закона малюса и прохождения поляризованного света через фазовую пластинку - страница №1/1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА МАЛЮСА И ПРОХОЖДЕНИЯ

ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА ЧЕРЕЗ ФАЗОВУЮ ПЛАСТИНКУ
Цель работы: проверка закона Малюса и анализ поляризованного света, прошедшего через фазовую пластинку.
В работе используются: лазер, приемник излучения, поляризаторы, фазовая пластинки.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Поперечные волны обладают особым, присущим только им, свойством, известным под названием поляризация. Если при распространении световой волны направление колебаний электрического вектора бессистемно, хаотически изменяется с равной амплитудой и, следовательно, любое его направление в плоскости, перпендикулярной распространению волны, равновероятно, то такой свет называют неполяризованным, или естественным. Если колебания электрического вектора фиксированы строго в одном направлении, свет называется линейно- или плоскополяризованным. Плоскость, образованная направлением распространения электромагнитной волны и направлением колебаний вектора напряженности электрического поля, называется плоскостью поляризации электромагнитной волны.

П
Рис. 1
оляризация света наблюдается при отражении и преломлении света на границе прозрачных изотропных диэлектриков. Если угол падения естественного света на границу раздела двух прозрачных диэлектриков отличен от нуля, то отраженный и преломленный пучки оказываются частично-поляризованными (рис.1). В отраженном свете преобладают колебания вектора , перпендикулярные к плоскости падения, а в преломленном свете – параллельные плоскости падения (рис. 1). Степень поляризации обеих волн (отраженной и преломленной) зависит от угла падения. Соответствующую зависимость в 1815 г. установил шотландец Дэвид Брюстер. Как показали опыты, при некотором значении угла падения светового луча на границу раздела двух сред с показателями преломления n1 и n2 соответственно, угол между отраженным и преломленным лучом становится равен 90. При таком условии отраженный луч оказывается полностью поляризован (колебания вектора в нем перпендикулярны плоскости падения). Прошедший луч поляризован частично и содержит преимущественно параллельную составляющую вектора . Тогда значение угла, соответствующего полной поляризации отраженного луча, определяется из закона преломления: , т.е.

.

(1)

Соответствующий угол падения называют углом Брюстера. Степень поляризации преломленной волны при угле падения, равном углу Брюстера, достигает максимального значения, однако эта волна остается лишь частично поляризованной. Так как коэффициент отражения света в данном случае значительно меньше единицы (около 0,15 для границы раздела воздух-стекло), можно использовать преломленный свет, повышая его степень поляризации путем ряда последовательных отражений и преломлений. Это осуществляют с помощью, так называемой стопы, состоящей из нескольких одинаковых и параллельных друг другу пластинок, установленных под углом Брюстера к падающему свету. При достаточно большом числе пластинок проходящий через эту систему свет будет практически полностью линейно-поляризованным. И интенсивность прошедшего через такую стопу света (в отсутствие поглощения) будет равна половине падающего на стопу естественного света.

Для получения, обнаружения и анализа плоскополяризованного света используют приспособления, называемые поляризаторами. Поляризаторы могут быть сконструированы на основе рассмотренного отражения и преломления света на границе раздела двух сред, также на основе двойного лучепреломления (призмы Николя), на основе явления дихроизма. Поляризаторы свободно пропускают колебания вектора , параллельные плоскости, которую называют плоскостью пропускания поляризатора. Колебания же, перпендикулярные к этой плоскости, задерживаются полностью или частично. Широкое распространение для получения плоскополяризованного света имеют поляризаторы, действие которых основано на явлении дихроизма – селективного поглощения света в зависимости от направления колебаний электрического вектора световой волны. Сильным дихроизмом обладают кристаллы турмалина.

Д
Рис. 2
ля получения плоско-поляризованного света применяются также поляроиды – пленки на которые, как правило, наносятся кристаллики герапатита – двоякопреломляющего вещества с сильно выраженным дихроизмом в видимой области. Так, при толщине 0,1 мм такая пленка полностью поглощает лучи с перпендикулярными к плоскости падения колебаниями в видимой области спектра, являясь в таком тонком слое хорошим поляризатором. Недостаток поляроидов по сравнению с поляризационными призмами – их недостаточная прозрачность, селективность поглощения при разных длинах волн и небольшая термостойкость. Поляризаторы можно использовать и в качестве анализаторов – для определения характера и степени поляризации интересующего нас света.

Пусть на анализатор падает линейно-поляризованный свет, вектор которого составляет угол с плоскостью пропускания P (рис. 3, где направление светового пучка перпендикулярно к плоскости рисунка). Анализатор пропускает только ту составляющую вектора , которая параллельна его плоскости пропускания P, т.е. . Интенсивность пропорциональна квадрату модуля светового вектора (), поэтому интенсивность прошедшего света



,

(2)

где - интенсивность падающего плоскополяризованного света. Это соотношение было установлено в 1810 г. французским физиком Этьеном Луи Малюсом и носит название закона Малюса.
Получение циркулярно-поляризованного света.

Из теории колебаний известно, что то или иное состояние поляризации получается при совместном действии двух взаимно перпендикулярных монохроматических световых волн равной частоты, распространяющихся в одном направлении при определенных отношениях их амплитуд А1 и А2 и разности фаз d. Так, циркулярно-поляризованная волна получается в случае выполнения условий А1 = А2 и , что соответствует оптической разности хода складывающихся волн , где l - длина волны монохроматического света, m = 0, 1, 2, … ¥ . Если одно условие нарушается, результирующая световая волна будет или эллиптически, или линейно поляризованной.

Рассмотрим один из методов практического получения циркулярно-поляризованного света. Для получения двух взаимно перпендикулярных линейно поляризованных волн, распространяющихся в одном направлении, необходимо пропустить монохроматический линейно поляризованный свет с длиной волны l через плоскопараллельную пластинку толщиной d. Пластинку вырезают из анизотропного кристалла таким образом, чтобы плоскость, на которую падает свет, была параллельна оптической оси М – Н кристалла (рис. 3).


В этом случае говорят, что пластинка вырезана параллельно оптической оси. Линейно поляризованная световая волна, попадая в тонкую пластинку, создает две волны – обыкновенную и необыкновенную. Будучи линейно- поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях, эти волны, распространяясь в пластинке с различными скоростями, приобретают на выходе из нее разность фаз d, равную , где n0 и ne – показатели преломления обыкновенной и необыкновенной волн в кристалле, соответственно. Оптическая разность хода равна D = d (n0ne).

Для получения разности фаз между обыкновенной и необыкновенной волной, равной (2m + 1)p/2, необходимо, чтобы пластинка имела определенную толщину d. Толщина пластинки d определяется как d(n0ne) = (2m + 1)p/2.

При m = 0 толщина пластинки, создающая необходимую разность фаз, будет минимальная и равна d(n0ne) = (2m + 1)λ/4.

Кристаллическую пластинку, которая создает оптическую разность хода между обыкновенной и необыкновенной волной равной l/4, называют пластинка «l/4». Для получения одинаковых амплитуд у обыкновенной и необыкновенной волн, распространяющихся в кристаллической пластинке, необходимо, чтобы плоскость поляризации падающего света составляла с оптической осью М – Н пластинки угол j, равный 45° (см. рис. 3).

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Источником света служит полупроводниковый лазер (рис. 4). На пути светового луча лазера закреплен поляроид с нанесенной на торец его оправы круговой шкалой и фоточувствительный приемник, подключенный к вольтметру. Фотоприемник позволяет оценить интенсивность попадающего в него светового пучка. Соединенный с фотоприемником универсальный вольтметр используется в режиме измерения постоянного тока в мА.

Во второй части работы между лазером и анализатором помещается четвертьволновая пластинка.





Рис. 4. Схема установки.

I. Исследование закона Малюса.

1. На установке в составе лазера, анализатора и фотоприемника вращением плоскости по­ляризации анализатора изменяется угол . Установить анализатор в положение, соответст­вующее . Снять показания вольтметра в режиме тока I, мА. Затем, поворачивая анализатор через 15° заполнить табл. 1.



Таблица 1.

Угол

0

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

180

I, мА

1








































2


















































































2. Произвести указанные измерения дважды и рассчитать средние значения тока по результа­там измерений.

3. Построить график зависимости .


II. Работа с фазовой пластинкой.

1. Вращением установить анализатор в такое положение, чтобы полностью погасить свет, попадающий на фотоприемник.

2. Поместить перед анализатором фазовую пластинку. Вращая пластинку вокруг своей оси, убедиться в наличии таких четырех ее положений, в которых опять будет наблюдаться полное гашение света. Эти положения соответствуют ориентации одной из собственных осей пластинки перпендикулярно плоскости главного про­пускания анализатора.

3. Выбрав любое из таких положений, повернуть пластинку на 450 и закрепить ее в этом положении. В указанном случае мы получаем, что плоскость поляризации падающего излуче­ния ориентирована под 450 к собственным осям пластинки, и, таким образом, амплитуды обыкновенного и необыкновенного лучей одинаковы.



4. Вращая анализатор, снять показания с вольтметра аналогично первой части работы и заполнить таблицу.


Угол

0

10

20

30

40




...




320

330

340

350

360

I, мА

1








































2


















































































5. Построить график зависимости .

6. Найти средние значения Imin и Imax. Тогда эллиптичность, равная отношению малой и большой полуосей эллипса, выразится следующим образом .

При выполнении условия ориентации осей фазовой пластинки под углом 45° к плоскости поляризации падающего света разность фаз и связаны между собой простым соотноше­нием: . Данная формула легко иллюстрируется следующими примерами: при разности фаз между обыкновенным и необыкновенным лучом или , как было описано выше, эл­липс вырождается в прямую - эллиптичность обращается в ноль или бесконечность

( или ) и эллипс превращается в круг.

7. При известной толщине пластинки из слюды рассчитать разность показателей преломле­ния обыкновенного и необыкновенного лучей.


КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Линейная, круговая, эллиптическая поляризация световых волн.

2. Закон Малюса.

3. Поляризация при отражении и преломлении света. Закон Брюстера.

4. Поляризация при двойном лучепреломлении. Обыкновенный и необыкновенный лучи. Поляризация обыкновенного и необыкновенного лучей. Оптическая ось кристалла. Главная плоскость кристалла. Объясните явление двойного лучепре­ломления.

5. Способы получения поляризованного света (стопа Столетова, призма Николя, поляроиды, фазовые пластинки).

6. Искусственное двойное лучепреломление при механической деформации твердо­го тела и под действием электрического поля. Эффект Керра.

7. Вращение плоскости поляризации. Естественное вращение. Магнитное вращение плоскости поляризации. Эффект Фарадея.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. И.В.Савельев, "Курс общей физики", т.3, М., "Наука", 1979, с.528.



2. Д.В.Сивухин, "Общий курс физики", "Оптика", М., "Наука", 1980, с.751.

3. Г.С.Ландсберг, "Оптика", М., "Наука", 1976, с.926.




Разница между психоневрозом и обычной нервозностью составляет примерно 700 долларов.
ещё >>