Материал: Методические указания для выполнения лабараторных работ. Оптика и атомная физика
,
= P
Iе
(7.7)
(7.8)
который не зависит от потерь интенсивности света в двух поляризаторах и с учетом I е' Iе с достаточной степенью точности позволяет определить сте-пень поляризации P света на выходе первого поляризатора.
Если степень поляризации P света определить по формуле (8), то фор-мула (5) позволяет найти коэффициент потерь интенсивности света в каждом поляризаторе
-
P
− P
k =
exp
P
+1
exp
(7.9)
где Pexp определяется по формуле (4). В используемой в опыте установке
поляризатор и анализатор жестко закреплены на скамье, вдоль которой они передвигаются, и снять их со скамьи нельзя. Поэтому данная работа ограни-чивается только определением степени поляризации света по формуле (8), а не по формуле (3).
Указания по подготовке к работе
Создайте таблицу по форме табл. 8.1 для записи параметров установки и результатов наблюдений.
θl
Таблица 7.1.
Определение степени поляризации света. N = 6, P = 95%, tP , N = 2, 6, β P , N = 0, 40 , = 0,5дел . В таблице должно быть шесть позиций (по шесть измерений в каждой),
Соответствующих красному, оранжевому, желтому, зеленому, синему и фиолетовому цветам светофильтров
Цвет |
№ |
Imax |
|
1 |
|
красный |
… |
|
|
6 |
|
… |
… |
|
min
= I max − Imin I max + Imin
|
|
|
|
2θ |
|
|
θ |
P |
= |
|
|
l |
|
I |
|
+ I |
|
|||
|
|
max |
min |
|||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
51
1
фиолетовый …
6
Указания по выполнению работы
Включить установку (при этом одновременно включатся лампа S и
фотодиод Ф совместно с миллиамперметром PA ) и с помощью переключате-ля светофильтров установить красный светофильтр.
Поворачивая анализатор, найти положения, соответствующие макси-мальному и минимальному показаниям миллиамперметра. При повороте
анализатора на 360 он пройдет через два максимума и два минимума интен-сивности излучения, проходящего через анализатор. Сделав три полных обо-рота анализатора, запишите последовательно по показаний миллиампермет-ра, соответствующих его минимальным и максимальным показаниям (в де-лениях его шкалы), в табл. 7.1, в графы Imax и Imin .
Повторите измерения по п. 2 для других цветов светофильтров еще пять раз (по шесть измерений в каждом).
Указания по обработке эксперимента
Выведите формулу приборной погрешности θP в табл. 7.1.
2. Определите степень поляризации света P = P P с P = 95 % для каждого из шести светофильтров по выборкам объема N = 6 с помощью стандартной процедуры обработки данных косвенных измерений выбороч-ным методом (см. приложение к пособию).
Сопоставьте результаты измерений и сделайте заключение, какой из светофильтров обладает более высокими поляризующими свет свойствами.
Контрольные вопросы
1. Какой свет называют поляризованным, неполяризованным и частично поляризованным?
2. Какие волны называют поперечными, а какие продольными? Какие из них могут иметь поляризацию? К какому виду волн относятся ЭМ-волны и свет?
3. Каков общий вид поляризации поперечных волн и его частные случаи?
4. В чем отличие изотропных веществ от анизоторопных?
5. Что такое оптическая ось кристалла? Какие виды кристаллов по коли-честву оптических осей в них существуют в природе?
6. Какими способами можно создать искусственную оптическую ось?
52
Что такое двойное лучепреломление, и в кристаллах какого типа оно возникает?
В чем отличие обыкновенного и необыкновенного лучей, возникаю-щих при двойном лучепреломлении в одноосных кристаллах?
Что такое главное сечение одноосного (двояко преломляющего) кри-сталла?
Как поляризованы обыкновенный и необыкновенный лучи по отно-шению к плоскости его главного сечения?
Что такое фазосдвигающие пластинки и для чего их используют в оптике?
Каким способом можно получить эллиптически поляризованный свет?
Что такое оптический дихроизм? Что такое поляроид?
Какие способы создания линейно поляризованного света вам известны?
Сформулируйте закон Малюса. Подчиняется ли закону Малюса неполяризованный (естественный) свет?
Что понимают под степенью поляризации света и как ее можно определить?
Какой способ определения степени поляризации света используется
данной работе и почему?
Лабораторная работа 8.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТОВЫХ ВОЛН ПРИ ОТРАЖЕНИИ ОТ ПОВЕРХНОСТИ ДИЭЛЕКТРИКА
Цель работы: изучение характера поляризации света, отраженного от стеклянной пластины; исследование зависимости коэффициентов от-ражения от угла падения света на пластинку; определение угла Брюстера
и показателя преломления стекла.
Экспериментальная установка (рис. 8.1)
состоит из источника света 1, гониометра 4, стеклянной пластины 5, поляроида 7, фотоэле-мента 9 и микро амперметра. Свет от источника 1 проходит через щель 2 коллиматора 3 гонио-метра и далее параллельным пучком падает на стеклянную пластину 5, установленную на по-воротном столике 6. Отраженный от пластины свет регистрируется фотоэлементом 9, установ-
-
1 *
2
3
4
1
5
1 7
6
8
1 2 9
-
53
Рис. 8.1. Установка для анализа
поляризации отраженной
от диэлектрика световой волны
ленным на выходе зрительной трубы 8 гониометра и соединенным смикроам-перметром.
Между стеклянной пластиной и фотоэлементом расположен поляроид 7, служащий анализатором. Поляроид можно поворачивать в плоскости, пер-пендикулярной оптической оси. Описание устройства гониометра и способа отсчета углов с его помощью приведены в лаб. раб. 5.
Общие сведения
Поляризация волны может возникать при отражении и преломлении от границы раздела сред. Пусть естественный свет падает по углом θ1 на границу раздела двух изотропных диэлектриков с показателями преломления
n1 и n2 (рис. 8.2).
Обозначим напряженности электрического поля в падающей, отражен-
ной и преломленной волнах соответственно |
E , E |
(1) |
, E |
(2) |
. Падающую волну |
|
|
можно представить суперпозицией двух линейно поляризованных волн со взаимно перпендикулярными плоскостями колебаний: в одной из волн плос-
Рис. 8.2. Падение электромагнитной волны
на границу раздела двух сред
54
кость колебаний совпадает с плоскостью падения, в другой перпендикулярна ей. Напряженностям полей в таких волнах соответствуют на рис. 8.2. соот-ветственно индексы и ⊥ . Для естественного света E = E⊥ .
Для характеристики перераспределения интенсивности падающей волны между отраженной и преломленной волнами вводят коэффициенты отра-жения R и пропускания T, равные отношениям интенсивности отраженной и преломленной волн к интенсивности падающей волны.
С использованием формул Френеля можно показать, что
|
E |
(1) |
2 |
|
tg 2 |
(θ −θ |
|
|
|
|
|
|
|
|
E |
(2) |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4cos 2 θ sin |
2 θ |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
) |
|
|
|
|
n |
cosθ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
R = |
|
|
|
|
= |
|
|
2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
;T = |
|
|
|
|
2 |
|
|
= |
|
|
2 |
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
; |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
E |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E |
|
|
n cosθ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−θ |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
tg |
(θ +θ |
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
sin |
(θ +θ |
|
)cos |
(θ |
|
) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
2 |
|
|
2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
E |
(1) |
2 |
|
sin2 |
(θ |
−θ |
|
|
|
) |
|
|
E |
(2) |
2 |
n |
cosθ |
|
|
4cos2 |
θ sin2 |
θ |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
R = |
⊥ |
= |
2 |
;T |
= |
⊥ |
|
2 |
= |
2 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
⊥ |
E |
⊥ |
|
|
sin |
2 |
(θ +θ |
|
|
) |
⊥ |
|
E |
⊥ |
|
n cosθ |
|
|
|
sin |
2 |
(θ +θ |
|
) |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
где θ2 |
угол преломления. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||