Оборудование: установка «оптическая скамья», лазер, поляроиды, фотоприемное устройство с измерителем мощности лазерного излучения

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНА МАЛЮСА

Цель работы: изучить основные свойства поляризованного света, уметь пользоваться поляроидами для получения поляризованных лучей, экспериментально проверить справедливость закона Малюса.

Оборудование: установка «оптическая скамья», лазер, поляроиды, фотоприемное устройство с измерителем мощности лазерного излучения.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Естественный и поляризованный свет

С точки зрения электромагнитной теории, свет представляет собой поперечные электромагнитные волны. Векторы напряженности электрического поля Е и магнитного поля Н взаимно пер­пендикулярны и колеблются перпендику­лярно вектору скорости v распространения волны (перпендикулярно лучу) (рис. 1). Поэтому для описания закономерностей поляри­зации света достаточно знать поведение лишь одного из векторов. Обычно все рассуждения ведутся относительно све­тового вектора — вектора напряженно­сти Е электрического поля (это название обусловлено тем, что при действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая поля волны, действующая на электроны в атомах ве­щества).

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов или молекул, длительность которых составляет около 10^-8 с. Атомы же излучают световые во­лны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в це­лом, характеризуется всевозможными рав­новероятными колебаниями светового век­тора (рис. 2а; луч перпендикулярен плоскости рисунка). В данном случае рав­номерное распределение векторов Е объясняется большим числом атомарных излучателей, а равенство амплитудных значений векторов Е — одинаковой (в среднем) интенсивностью излучения каждого из атомов. Свет со всевозможны­ми равновероятными ориентациями векто­ра Е (и, следовательно, Н) называется естественным (рис. 2а).

Рис. 1. Электромагнитная волна

Рис. 2. Естественный и поляризованный свет

Свет, в котором направления колеба­ний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризован­ным. Так, если в результате каких-либо внешних воздействий появляется преиму­щественное (но не исключительное!) на­правление колебаний вектора Е (рис. 2б), то имеем дело с частично поляризованным светом. Свет, в котором вектор Е (и, следовательно, Н) колеблется только в одном направлении, перпендику­лярном лучу (рис. 2в), называется плоскополяризованным (линейно поляри­зованным). На рис. 1 электромагнитная волна также плоскополяризована.

Степенью поляризации называется величина

, (1)

где I _max и I _min — максимальная и мини­мальная интенсивности света, соответ­ствующие двум взаимно перпендикуляр­ным компонентам вектора Е. Для естественного света I _max = I _min и Р = 0, для плоскополяризованного I _min = 0 и Р = 1.

1.2. Получение поляризованного света

Поляризацию можно осуществить различными способами, например, при отражении и преломлении на границе изотропных диэлектриков. Если на границу раздела двух изотропных диэлектриков, воздуха и стекла падает луч S естественного света (рис. 3), то в общем случае отраженный и преломленный лучи S′ и S″ частично поляризованы, т.е. каждый из лучей можно представить как смесь естественного света с некоторой долей линейно поляризованного.

Поиск по сайту: