Теоретическое введение. Изучение поляризованного света

Изучение поляризованного света

Порядок выполнения

1. Включите лазерный источник света.
2. Перемещая дифракционную решетку и экран, относительно друг друга, получите на экране четкий дифракционный спектр в монохроматическом свете.
3. Измерьте расстояние от дифракционной решетки до экрана, запишите результат в табл. 1.
4. Измерьте по шкале экрана расстояние между максимумами первого и второго порядков, результаты запишите в табл. 1.
5. Используя соответствующие формулы, рассчитайте длину волны лазерного излучения для каждого порядка спектра. Определите средние значения λ.

Табл. 1

№п/п	d, мм	L, м	m	x, мм	λ, м	λср, м

Задание 3. Определение периода дифракционной решетки.

При выполнении данного упражнения используется лабораторная установка и общий порядок измерений как и в задании 2.

Вместо дифракционной решетки с известным периодом d₁, необходимо установить дифракционную решетку с неизвестным периодом d₂. Длину волны лазерного излучения считать известной и равной тому значению, которое получено в задании 2.

Результаты измерений и расчетов занесите в табл. 2.

Табл. 2

№п/п	λ, м	L, м	m	x, мм	d, мм	dср, мм

Задание 4. Определение разрешающих способностей дифракционных решеток.

Измерьте линейкой ширину дифракционных решеток d₁ и d₂.

Используя формулы (15) определите разрешающие способности решетки для различных порядков спектра. Результаты измерений и расчетов занесите в табл. 3.

Таблица 3

№п/п	d, мм	l, м	m	R

Контрольные вопросы

1. В чем состоит принцип Гюйгенса – Френеля?
2. Как объясняется дифракция Френеля от простейших преград?
3. В чем состоит метод зон Френеля?
4. От чего зависит ширина дифракционного максимума от щели?
5. От чего зависит дисперсия и разрешающая сила дифракционной решетки?

Лабораторная работа 2.09

Принадлежности: источник света, фотоэлемент, два поляроида, микроамперметр, лимб, соединенный с одним поляроидом.

Цель работы: ознакомиться с явлением поляризации света, определить степень поляризации, проверить закон Малюса.

Представляет собой электромагнитную волну, в которой происходят колебания векторов напряженности электрического и магнитного полей (рис.1).

Однако, как показывает опыт, различные действия света (физиологическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и др.) вызываются колебаниями электрического вектора. Поэтому в дальнейшем этот вектор будем называть световым вектором, а плоскую световую волну описывать лишь одним уравнением

Рис. 1

(1)

где А – амплитуда светового вектора, ω=2πν – частота колебаний, , волновое число.

Средний по времени световой поток через единицу поверхности площадки, перпендикулярной к направлению распространения волны, носит название интенсивности света. Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды световой волны

~ nA² (2)

Излучение светящегося тела слагается из волн, испускаемых атомами. Излучение отдельного атома продолжается За это время образуется цуг протяженностью Одновременно излучает большое количество атомов. Возбуждаемые ими цуги, налагаясь, друг на друга, образуют световую волну.

Плоскость колебаний светового вектора для каждого цуга ориентирована случайным образом. Поэтому в результирующей волне колебания различных направлений представлены с равной вероятностью, такой свет называется естественным (рис. 2).

Свет, в котором колебания каким-либо образом упорядочены, называется поляризованным.

Если колебания светового вектора происходят только в одной плоскости, свет называется плоскополяризованным. Плоскость, в которой колеблется световой вектор , называется плоскостью колебаний, а перпендикулярная к ней плоскость, в которой колеблется вектор , называется плоскостью поляризации.

Плоскополяризованный свет можно получить из естественного с помощью прибора, называемого поляризатором. Он пропускает колебания, параллельные плоскости поляризатора, и полностью задерживает колебания, перпендикулярные этой плоскости.

Пусть на поляризатор падает плоскополяризованный свет амплитуды А₀ и интенсивности J₀ (рис. 3). Сквозь прибор пройдет составляющая колебания с амплитудой

(3)

где φ – угол между плоскостью колебаний и плоскостью поляризатора.

Следовательно, интенсивность света J, пропорциональная квадрату амплитуды, определяется выражением

(4)

которое называется законом Малюса.

Если на поляризатор падает естественный свет, то все значения φ являются равновероятными. Поэтому для света, проходящего через поляризатор, будет равна среднему значению cos²φ, т.е. равна

Свет, в котором колебания одного направления преобладают над колебаниями других направлений, называется частично – поляризованным. Такой свет можно рассматривать как смесь естественного и плоскополяризованного. Если пропустить частично поляризованный свет через поляризатор, то при вращении прибора вокруг направления луча, интенсивность прошедшего света будет изменяться от I_max и I_min, причем переход от одного из этих значений к другому будет совершаться при повороте на угол φ=π/2. За один полный оборот два раза будет достигаться максимальное значение интенсивности.

Степенью поляризации называют выражение

(5)

Для плоскополяризованного света и Р=1, для естественного света и Р=0.

Контрольные вопросы

1. Как определяется степень поляризации света?
2. В чем состоит закон Брюстера?
3. Как пояснить закон Брюстера, основывалась на полярной диаграмме направленности излучения диполя?
4. Как объяснить двойное лучепреломление в кристаллах?
5. В чем состоит искусственная оптическая анизотропия?
6. При каких условиях происходит интерференция поляризованного света?
7. Каково устройство поляризационной призмы и поляроидов?

Дата добавления: 2015-06-04