Изучение плоско поляризованного света

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9

ВВЕДЕНИЕ

Данная работа содержит методические указания к 7 лабораторным работам, выполняемым в лаборатории оптики кафедры физики. Лабораторные работы охватывают разделы волновой и квантовой оптики курса общей физики. В каждом методическом указании содержится краткая теоретическая часть, не претендующая на полное рассмотрение изучаемого явления, и рекомендации к непосредственному выполнению лабораторной работы. Подробнее ознакомиться с теорией рассматриваемых в работах вопросов студент должен по лекциям и учебникам, рекомендованным для изучения курса оптики.

При выполнении лабораторных работ студенты, как правило, заносят экспериментальные данные в таблицы, примерная форма которых приводится в тексте. При необходимости форму таблиц студент может изменять по своему усмотрению.

В экспериментальных частях методических указаний не всегда указываются единицы измерения определяемых величин, чем предоставляется свобода их выбора, а также контролируется грамотность студентов в этом вопросе. Каждая работа завершается списком контрольных вопросов, позволяющим студентам глубже вникнуть в теоретическую суть выполняемых заданий. Студентам рекомендуется обращать особое внимание на проработку контрольных вопросов и заданий.

Нумерация методических указаний совпадает с номерами, указанными на стендах соответствующих лабораторных работ.

Данные методические указания предназначены для студентов всех специальностей дневного и заочного отделений ГУЦМиЗ.

Цель работы: изучение плоско поляризованного света; проверка закона Малюса.

КРАТКОЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Свет имеет двойственную природу. С одной стороны его можно рассматривать как поток частиц (фотонов), с другой - как электромагнитную волну. В данной работе свет рассматривается с волновых позиций. Электромагнитная волна - это процесс распространения в пространстве колебаний векторов напряженностей электрического Е и магнитного Н полей (рис. 9.1). Видимый свет является электромагнитным излучением с длиной волн в интервале 380 ÷ 760 нм (0,38 ÷ 0,76 мкм). Поскольку вектора Е и Н колеблются перпендикулярно вектору скорости V электромагнитной волны, направленному вдоль светового луча, характеризующего направление волны, световая волна является поперечной, или поперечно поляризованной.

Действие света на электроны вещества в основном определяется электрическим вектором Е электромагнитного поля волны, поэтому вектор Е называют световым вектором.

Свет, в котором вектор Е имеет равновероятные направления колебаний, называется неполяризованным, или естественным и обозначается так, как показано на рис.9.2.

Естественный свет излучается лампами накаливания, люминесцентными светильниками, Солнцем и т.д. В этом случае свет испускается одновременно огромным количеством отдельных атомов, причем в излучении каждого атома направления колебаний светового вектора ориентированы случайным образом. Поэтому в результирующей волне колебания светового вектора также ориентированы случайным образом, и колебания различных направлений представлены с равной вероятностью.

Поляризованнымназывается свет, в котором колебания светового вектора Е упорядочены каким-либо образом. Если колебания вектора Е происходят в одной плоскости, свет будет плоско поляризованным.

Плоскость, в которой колеблется вектор Е, называется плоскостью поляризации волны. Условно плоско поляризованный свет принято обозначать, как показано на рис. 9.3. Там же приведено обозначение частично поляризованного света.

Плоско поляризованный свет можно получить несколькими способами: отражением света от поверхности диэлектрика; преломлением света в стопе стеклянных пластин; двойным лучепреломлением в анизотропных кристаллах, используя явления дихроизма. Подробно с этим вопросом студентам предлагается ознакомиться по лекциям и учебникам, предложенным преподавателем.

Любое устройство для получения поляризованного света называют поляризатором. Плоскость колебаний вектора Е в волне, прошедшей через поляризатор, называется главнойплоскостью поляризатора. Всякий поляризатор можно использовать в качестве анализатора для исследования поляризованного света. Плоскость колебаний светового вектора, прошедшего через анализатор, будет совпадать с главной плоскостью анализатора. Поставим на пути естественного луча (рис.9.4) поляризатор Р и анализатор А. Поляризатор пропускает колебания вектора Е только в направлении РР ₁ (Е _р), анализатор выделяет из этих колебаний составляющую вектора Е, направленную параллельно АА₁ (Е _А), пропускает её, но гасит составляющую, перпендикулярную АА₁.

Из рис. 9.4 видно, что амплитудные значения вектора Е до прохождения через анализатор Е_р и после прохождения через анализатор Е_А связаны соотношением

E_A=E_P cos α, (9.1)

где a - угол между прохождения через анализатор плоскостями поляризатора и анализатора.

Известно, что интенсивность света I пропорциональна квадрату амплитудного значения вектора Е (I ~ Е ²), откуда следует:

I_A=I_P cos² α, (9.2)

где I_P - интенсивность света, прошедшего через поляризатор, I_A - через анализатор.

Соотношение (9.2) называется законом Малюса (без учета потерь на поглощение и отражение света). При a = 0° (параллельно расположенные поляризаторы), I_А максимальна; при a = 90° (скрещенные поляризаторы), I_А =0. Таким образом, вращая анализатор и наблюдая изменение интенсивности света, можно убедиться в том, что свет, прошедший через поляризатор является плоско поляризованным. Интенсивность такого света подчиняется закону Малюса, вследствие которого она за полный оборот анализатора достигает два раза максимума и два раза становится равной нулю.

Графически зависимость (9.2) можно представить в полярных координатах, проводя лучи с общим началом под углами aк горизонтали и откладывая на них в выбранном масштабе интенсивности I _A, соответствующие этим углам.

Дата добавления: 2014-12-16