Материал: Отчет по лабораторной работе 11 (Комплексное исследование поляризации световых волн)

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ



МИНИСТЕРСТВО науки и высшего ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра общей и технической физики

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №11

(Комплексное исследование поляризации световых волн)

Выполнил: студент гр. НГС-21-1 Ильин Д.В.

^{(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)}

Оценка:

Дата:

Проверил

руководитель работы:

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург 2023

1 цель работы

Изучить явление поляризации световых волн, определить степень поляризации лазерного излучения, провести экспериментальную проверку закона Малюса, самостоятельно получить и исследовать циркульно- и эллиптически поляризованный свет.

2 краткое теоретическое содержание

Явление, изучаемое в работе: поляризация световой волны.

Определения основных физических понятий, объектов, процессов и величин:

Поляризация света – свойство света, в результате которого векторы напряженности электрического и магнитного полей световой волны ориентируются в плоскости, параллельной плоскости, в которой свет распространяется.

Свет, для которого плоскость колебаний электрического вектора не изменяет положение в пространстве, называется линейно-поляризованным.

Световой пучок, имеющий какое-либо преимущественное направление ориентации вектора напряженности электрического поля, называется частично-поляризованным.

Круговая поляризация – поляризация, при которой вектор напряженности электрического поля в каждой точке имеет постоянную величину, но его направление вращается с постоянной скоростью в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Если составляющие вектора Е по двум осям колеблются с одинаковыми частотами, но имеют либо разные амплитуды, либо разность фаз отличается от /2; 3/2 и т.д., то говорят об эллиптической поляризации.

Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых, получены расчетные формулы. Пояснения к физическим величинам и их единицы измерений.

Закон Малюса:



где – интенсивность падающего на поляризатор света, Вт/м^2;

– интенсивность света, вышедшего из поляризатора, Вт/м^2;

– угол, между плоскостью колебаний электрического вектора, падающего на поляризатор излучения, и главной плоскостью поляризатора, °.

3 схема установки

1 – газовый лазер; 2 – оптическая скамья; 3 – поляризатор; 4 – четвертьволновая пластина; 5 – анализатор; 6 – фотодетектор; 7 – цифровой мультиметр.

4 основные расчетные формулы

где и – максимальная и минимальная интенсивность света, Вт/м^2.

5 формулы расчета погрешностей косвенных имзерений

Относительна погрешность измерений степени поляризации:



Абсолютная погрешность измерений степени поляризации:

6 таблицы

Таблица №1 – Использование анализатора.

, град	90	80	70	60	50	40	30	20	10	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
I, мкА	1	8	21	39	57	78	94	107	113	114	106	91	71	54	35	18	6	4	1
I/I0	0,009	0,070	0,184	0,342	0,500	0,684	0,825	0,939	0,991	1	0,929	0,798	0,623	0,474	0,307	0,158	0,053	0,035	0,009
	0,201	0,012	0,401	0,907	0,931	0,445	0,024	0,167	0,704	1	0,704	0,167	0,024	0,445	0,931	0,907	0,401	0,012	0,201

Таблица №2 – Использование четвертьволновой пластинки.

, град	90	80	70	60	50	40	30	20	10	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
Imin, мкА	20	9	3	1	6	20	35	41	37	20	9	1	1	8	22	35	39	23	10
Imax, мкА	79	90	102	100	95	80	74	67	72	86	103	100	107	91	76	60	56	67	68

Продолжение таблицы №2 – Использование четвертьволновой пластинки.

, град	85	75	65	55	45	35	25	15	5	0	5	15	25	35	45	55	65	75	85
Imin, мкА	16	6	2	2	13	26	39	44	37	-	16	2	1	3	13	28	36	39	18
Imax, мкА	79	98	109	110	99	81	70	67	86		90	97	105	100	88	71	56	64	80

Таблица №3 – Изучение круговой поляризации.

, град	90	80	70	60	50	40	30	20	10	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
I, мкА	37	42	46	50	55	59	63	61	61	59	55	52	46	41	39	37	35	34	34

Таблица №4 – Изучение эллиптической поляризации.

, град	90	80	70	60	50	40	30	20	10	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
I, мкА	40	41	42	43	45	49	54	58	62	66	67	65	63	62	59	54	50	35	43

7 пример вычислений

1 Исходные данные

Погрешности прямых измерений:

2 Вычисления

Пример вычислений для таблицы №1:

7 графический материал

Рисунок №1 – Проверка закона Малюса.



Рисунок №2 – Круговая поляризация.



Рисунок №3 – Эллиптическая поляризация.

вывод

В ходе обработки экспериментальных данных было получено значение степени поляризации равное 0,98. Данное значение достаточно близко к единице. Значение степени поляризации равное единице характерно для плоскополяризованного света.

Закон Малюса выполнился в некоторых точках с высокой точностью, в остальных же экспериментальных точках присутствуют отклонения, вызванные неточностью приборов и измерений, сделанных на них.

Анализируя лепестковые диаграммы, построенные по экспериментальным данным, можно предположить, что получить круговую поляризацию не удалось, так как график круговой и эллиптической поляризации получились практически идентичными. Прежде всего это может быть связано с тем, что неверно определялись