Семестр 2 / 7. Исследование линейно поляризованного света

_{МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра физики

отчЁт

по лабораторной работе №7

по дисциплине «Физика»

Тема: Исследование линейно поляризованного света

Вопросы		Даты коллоквиума		Итог
26	30
Студент гр. 9300			ФИО
Преподаватель			Кузьмина Н. Н.

Санкт-Петербург

2020

Цель работы.

Изучить закон Малюса, научиться определять степень поляризации света.

Основные теоретические положения.

Плоскость колебаний — плоскость, в которой лежат векторы и волны.

Плоскость поляризации — плоскость, в которой лежат векторы и волны. Плоскость колебаний и плоскость поляризации перпендикулярны.

Естественный свет — свет, у которого плоскости колебаний различных волновых пакетов ориентированы случайным образом.

(Частично) Поляризованный свет — свет, у которого положение плоскости колебаний каким-либо образом упорядочено.

Двойное лучепреломление — явление, когда электромагнитная волна падает на границу раздела изотропной и анизотропной сред, и во второй среде распространяются две различно преломлённых волны с разными скоростями.

Закон Малюса:

, где

— интенсивность падающей на поляризатор плоскополяризованной волны; — угол между плоскостью колебаний волны и плоскостью главного сечения поляризатора (рис. 1).

Рисунок 1. Представление закона Малюса.

Степень поляризации — характеристика частично поляризованных световых пучков, означающая отношение интенсивности поляризованной составляющей к полной интенсивности этого пучка.

и позволяет прийти к следующим выражениям: для плоскополяризованного света и .

Экспериментальная установка.

Рисунок 2. Схема установки.

— источник естественного света, — диафрагма, — линза, — сменные светофильтры, — поляризатор, — анализатор, — фотоэлемент, — микроамперметр.

Угол  между главными сечениями поляризатора и анализатора можно изменять вращением анализатора вокруг оси, совпадающей с оптической осью установки. Угловое положение главного сечения анализатора определяется по шкале, находящейся на его корпусе.

Ответы на контрольные вопросы.

В чем отличие естественного света, поляризованного и частично поляризованного света?

Отличие в ориентации плоскости колебаний волновых пакетов. У естественного — ориентированы случайно, у поляризованного — в одном положении, у частично поляризованного — преимущественно в одном положении, но иногда могут быть исключения.

Какой свет называется плоскополяризованным? Поляризованным по кругу; по эллипсу?

Если положение плоскости колебаний неизменно во времени, то волна называется плоскополяризованной. Тип поляризации поперечной волны называется эллиптическим или круговым, если конец вектора , оставаясь в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, описывает эллипс или окружность соответственно.

Что называют степенью поляризации света? Как она определяется?

Степень поляризации — характеристика частично поляризованных световых пучков, означающая отношение интенсивности поляризованной составляющей к полной интенсивности этого пучка. Определяется выражением .

Каково назначение поляризатора и анализатора?

Поляризатор нужен для получения поляризованного света, посредством пропускания колебаний, параллельных плоскости поляризатора. Анализатор позволяет определять, поляризован свет или нет, и регулировать его интенсивность.

Дайте определение понятию «главное сечение поляризатора».

Главное сечение поляризатора — плоскость, проведённая через направление распространения света и оптическую ось поляризатора.

Разъясните принцип действия поляроида.

Поляроиды неодинаково поглощают линейно поляризованные перпендикулярные составляющие падающего на него света. Это явление называется дихроизмом.

Будет ли выполняться закон Малюса при прохождении через анализатор частично поляризованного света?

Да, тогда учитываются естественная и поляризованная составляющие волны:

Ответы на вопросы по теме поляризации. Вариант 7.

26. Как изменится положение плоскости поляризации, если линейно-поляризованный свет пропустить через слой активного вещества, а затем, отразив его от зеркала, пропустить через ту же среду в обратном направлении?

После первого прохождения поворот плоскости поляризации изменится на некоторую величину, и после обратного прохождения поворот дополнительно изменится на эту же величину, то есть поворот удвоится относительно исходного.

30. Какой вектор или обладает фотохимическим действием?

Из опытов Винера со стоячими световыми волнами следует, что активным фотохимическим действием обладает лишь вектор .

ПРОТОКОЛ НАБЛЮДЕНИЙ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

Таблица 1.

0	49,8	1,000	0	1,000
10	48,45	0,973	10	0,970
20	44,15	0,887	20	0,883
30	37,5	0,753	30	0,750
40	29,3	0,588	40	0,587
50	20,5	0,412	50	0,413
60	12,5	0,251	60	0,250
70	5,85	0,117	70	0,117
80	1,35	0,027	80	0,030
90	0	0,000	90	0,000
100	1,35	0,027	100	0,030
110	5,65	0,113	110	0,117
120	12,3	0,247	120	0,250
130	20,5	0,412	130	0,413
140	29,1	0,584	140	0,587
150	37,3	0,749	150	0,750
160	43,95	0,883	160	0,883
170	48,45	0,973	170	0,970
180	49,8	1,000	180	1,000
190	48,45	0,973	190	0,970
200	44,15	0,887	200	0,883
210	37,5	0,753	210	0,750
220	29,3	0,588	220	0,587
230	20,7	0,416	230	0,413
240	12,5	0,251	240	0,250
250	5,85	0,117	250	0,117
260	1,35	0,027	260	0,030
270	0	0,000	270	0,000
280	1,35	0,027	280	0,030
290	5,65	0,113	290	0,117
300	12,3	0,247	300	0,250
310	20,5	0,412	310	0,413
320	29,1	0,584	320	0,587
330	37,3	0,749	330	0,750
340	43,95	0,883	340	0,883
350	48,45	0,973	350	0,970
360	49,8	1,000	360	1,000

Рассчитаем поляризованную и естественную составляющие интенсивности света:

Рассчитанные нормированные зависимости записаны в таблице 1. Построим график для теоретической зависимости, нанесём точки для экспериментальной зависимости:

Рисунок 3. Теоретическая и экспериментальная зависимости.

Экспериментальные точки и теоретический график очень схожи в значениях, значит, Закон Малюса справедлив в исследованной ситуации.

Считая анализатор идеальным, определим степень поляризации света, прошедшего через поляризатор:

Вычислим доверительный интервал :

Представим результаты измерения степени поляризации света в стандартной форме:

Вывод.

В ходе работы были изучены закон Малюса и умение определять степень поляризации света, зная поворот поляризатора и интенсивность волны. Степень поляризации света оказалась равна . Также убедились в справедливости закона по построенным теоретической и экспериментальной зависимостям.

Ответы на дополнительные вопросы.

1. Интерференция на примере колец Ньютона. Рисунок. Показать два луча, между которыми наблюдается интерференция. Запишите оптическую разность хода этих лучей. Условия максимума в отражённом и минимума в проходящем свете.

Рисунок 4. Лучи, между которыми наблюдается интерференция.

Условие максимума в отражённом свете:

Условие минимума в проходящем свете:

2. Двойное лучепреломление. На положительный кристалл падает плоский фронт волны под углом 45 градусов. Кристалл вырезан перпендикулярно оптической оси. Постройте ход и фронт обыкновенного и необыкновенного лучей.

Рисунок 5. Двойное лучепреломление.

— оптическая ось

— обыкновенный луч

— необыкновенный луч

Светло-серые линии — огибающие всех вторичных волн.

Стрелки и точки на лучах означают колебания их светового вектора.

3. Зоны Френеля. Графически найдите амплитуду, если открыта только 3-я зона Френеля и если открыты первые четыре зоны Френеля.

Рисунок 6. Открыта только третья зона Френеля.

Рисунок 7. Открыты первые четыре зоны Френеля.