8

Министерство Российской Федерации

по связи и информатизации

Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики

Кафедра физики

Методические указания

к лабораторной работе по теме

«Проверка закона Малюса»

Разработчик: ст. преподаватель Стрельцов А. И.

Новосибирск

2005

Лабораторная работа 7.5

Проверка закона Малюса

Цель работы:

1. Провести экспериментальную проверку закона Малюса.

2. Измерить коэффициент поглощения электромагнитных волн в твёрдом диэлектрике.

Основные теоретические сведения

Из теории Максвелла следует, что свет является поперечной электромагнитной волной. Вектор напряжённости электрического поля (электрический или световой вектор) и вектор напряжённости магнитного поля (магнитный вектор) в световой волне колеблются в направлении, перпендикулярном скорости распространения волны.

Различают три вида поляризации электромагнитных волн:

• Неполяризованные волны, у которых колебания векторов напряжённости электрического и магнитного полей происходят во всех возможных направлениях. Однако при этом сохраняется взаимно перпендикулярное расположение векторов напряжённостей и фазовой скорости волны .

• Линейно поляризованной волной называется волна, векторы напряжённости полей которой колеблются во взаимно перпендикулярных плоскостях, чьё расположение в пространстве не изменяется с течением времени.

• Циркулярно поляризованной волной называется волна, векторы напряженности полей которой вращаются вокруг вектора фазовой скорости волны с частотой её колебаний. Взаимно перпендикулярное расположение векторов также сохраняется.

Уравнение плоской монохроматической линейно-поляризованной волны, распространяющейся в направлении оси :

(1)

(2)

где – циклическая частота,- волновое число, υ – фазовая скорость распространения волны.

В каждой точке электромагнитного поля электрический вектор совершает гармонические колебания в плоскости , которая называется плоскостью колебания. Магнитный вектор колеблется в плоскости– в плоскости поляризации.

Рисунок 1. Колебания векторов напряжённости электрического и магнитного поля в волне.

Световая волна со всевозможными одинаково вероятными направлениями колебаний электрического и магнитного векторов называется естественным светом. В естественном свете плоскости поляризации меняют ориентацию в пространстве с течением времени. Естественный свет можно представить в виде суперпозиции двух волн, которые поляризованы во взаимно-перпендикулярных плоскостях. Запишем уравнение естественного света только для электрического вектора волны:

; (3)

, (4)

где – проекции электрического вектора на оси координат,– разность фаз между колебаниями пои. Для естественного света амплитуды колебаний векторов напряжённости электрического поля по осямиодинаковы.

Частично поляризованным называется свет, если в нём есть преимущественное направление колебаний электрического вектора: или. Частично поляризованный свет можно рассматривать как смесь одновременно распространяющихся в одном и том же направлении естественного и линейно поляризованного света.

Поляризацией света называется выделение линейно или циркулярно поляризованного света из естественного или частично поляризованного. Для этой цели используются специальные устройства, называемые поляризаторами. Для определения характера и степени поляризации используют устройства, называемые анализаторами. Поляризатор можно использовать в качестве анализатора. Поляризатор и анализатор чаще всего идентичны по устройству, поэтому для них существует общее название – поляроиды. Анализатор или поляризатор условно изображают в виде решётки, «прутья» которой параллельны направлению колебаний вектора напряжённости электрического поля в проходящем сквозь неё свете.

Если на такую решётку-анализатор падает естественный свет, то интенсивность проходящей волны не изменяется при вращении анализатора вокруг направления падающего луча вследствие того, что в естественном свете ни одно из направлений плоскости поляризации (плоскости колебаний) не является преобладающим. На выходе из поляроида-анализатора имеем линейно поляризованную волну (рисунок 2).

Рисунок 2. Получение линейно поляризованного света с помощью поляризатора.

Если падающий свет частично поляризован, то интенсивность света при вращении анализатора изменяется в зависимости от ориентации его главной плоскости по отношению к преимущественному направлению колебаний электрического вектора в падающем свете.