Теория и методика эксперимента

Для анализа степени поляризации света применяются устройства, называемые анализаторами, в качестве которых используют те же самые поляризаторы (диэлектрики, призмы Николя, поляроиды). Если взять 2 поляроида (рис.4): один поляроид Р – поляризатор, второй поляроид А – анализатор и поставить их друг за другом так, что их разрешенные направления (оси РР и АА) образуют некоторый угол между собой, то первый поляроид пропустит свет, электрический вектор Е₀ которого параллелен оси РР. Обозначим через I₀ интенсивность этого света.

Рис.4

Разложим Е₀ на вектор Е_║, параллельный оси АА второго поляроида, и вектор Е_┴, перпендикулярный к ней (Е₀= Е_║+ Е_┴). Составляющая Е_┴ будет задержана вторым поляроидом. Через оба поляроида пройдет свет с электрическим вектором Е= Е_║, длина которого Е=Е₀ сos α. По закону Малюса интенсивность света I, выходящего из анализатора, пропорциональна квадрату косинуса угла α между направлением плоскостей колебаний (вектора Е) поляризатора и анализатора, то есть

. (11)

Если направления плоскостей колебаний поляризатора и анализатора перпендикулярны (α = 90⁰), то говорят, что поляризатор и анализатор скрещены (установлены на гашение света – через скрещенные поляризаторы свет не проходит). Если направления плоскостей поляризатора РР и анализатора АА совпадают (α = 0⁰), то интенсивность проходящего света будет максимальной.

Схема установки для проведения опыта по проверке закона Малюса представлена на рис.5. На направляющей оптической скамьи в положение 1 устанавливается источник света, в качестве которого в лабораторной работе используется полупроводниковый лазер, излучающий в видимом диапазоне длин волн λ = 670 нм (красный цвет) мощностью 1 мВт. На другом конце направляющей в положении 7 ставится фотоприемное устройство с измерителем мощности лазерного излучения и цифровым отсчетом. Поляроиды Р₁ во вращающейся оправе и Р₂ в оправе без вращения в зависимости от проводимого эксперимента могут крепиться в различных положениях на оптической скамье между лазером и измерителем мощности.

Р₂ Р₁ Фотоприемное

Лазер устройство

1 2 3 4 5 6 7

Рис.5

В настоящей лабораторной работе выполняется несколько заданий. Измеряется мощность лазерного излучения, прошедшего через поляроид Р₁. Вращением поляроида находятся его положения, когда показания измерителя максимальны (положение электрического вектора Е в падающем лазерном излучении совпадает с плоскостью главного сечения поляроида), и когда показания измерителя минимальны (электрический вектор Е перпендикулярен плоскости главного сечения поляризатора). Эти измерения позволяют оценить эллиптичность лазерного излучения. В полупроводниковом лазере излучение практически линейно поляризовано.

Так же в данной лабораторной работе проводится эксперимент по проверке закона Малюса. Для этого используют два поляризатора, один из которых в опыте является анализатором. Изменяя угол между плоскостями главных сечений поляризаторов, снимается зависимость интенсивности лазерного излучения, прошедшего через анализатор от угла α. Полученная экспериментально зависимость сравнивается с теоретической, рассчитанной по формуле (11).

Лазерное излучение, проходя через пластину реального поляризатора, частично поглощается в веществе пластинки вследствие преобразования энергии электромагнитной волны в другие виды энергии. В результате поглощения интенсивность света уменьшается. Поэтому интенсивность лазерного излучения I_лаз, прошедшего через систему поляризатор – анализатор, с учетом поглощения будет определяться по формуле

, (12) где к₁ и к₂ – коэффициенты пропускания для данной длины волны света поляризатора и анализатора; α – угол между плоскостями поляризатора и анализатора. Коэффициенты пропускания для каждой пластины определяются экспериментально. Сравнивается значение мощности излучения, полученное в опыте, с рассчитанным по формуле (12).

Порядок выполнения работы

1. Поставьте лазер в оправе и на рейтере в положение 1 направляющей оптической скамьи. В положение 7 направляющей поставьте фотоприемное устройство (ФП) с измерителем мощности излучения лазера.

2. Включите лазер и фотоприемное устройство в сеть. Излучение лазера направьте на измеритель. Схему настройте так, чтобы все излучение лазера попадало на измеритель. Добейтесь максимальных показаний прибора. Запишите эти показания в таблицу 1 (I_лаз).

3. В положение 5 направляющей поставьте рейтер с поляроидом Р₁ во вращающейся оправе. Вращая поляроид вокруг луча лазера, наблюдайте за изменением показаний прибора. Получите максимальное показание прибора. Запишите в таблицу 1 это значение и величину нониуса на поляроиде (I_P1max, α_P1max).

4. Вращая поляроид вокруг луча лазера, получите минимальное показание прибора, зафиксируйте величину нониуса. Занесите эти показания в таблицу 1 (I_P1min, α_P1min).

5. Снимите поляроид Р₁. В положение 3 направляющей оптической скамьи поставьте поляроид Р₂ в оправе без вращения. Измерьте мощность излучения I_P2, результаты занесите в таблицу 1.

6. В положение 5 направляющей поставьте поляроид Р₁. Вращая поляроид Р₁ и наблюдая за показаниями измерителя мощности, найдите разрешенное положение поляроида Р₂. Запишите значения I_P2max, α_P2max.

7. Снимите зависимость показаний мощности излучения лазера от угла поворота поляроида Р₁, который в данном опыте является анализатором. Положения поляроидов Р₁ и Р₂, при котором фиксируется максимальная мощность прошедшего через них излучения, соответствуют состоянию, когда главные сечения обоих поляризаторов параллельны, то есть угол между ними α = 0⁰. Запишите эти показания в таблицу 2. Повторите измерения, увеличивая угол поворота поляроида Р₁ каждый раз на 10⁰ до значения α = 90⁰. Результаты занесите в таблицу 2.

Поиск по сайту: