Кафедра физики

Лабораторная работа № 8

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА

ЗАКОНОВ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА

ЗАКОНОВ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА

Цель работы: заключается в знакомстве с двумя основными законами поляризации света - законами МАЛЮСА и БРЮСТЕРА, и в их экспериментальной проверке с помощью лабораторных установок.

В данной работе предполагается проделать следующее:

1. Познакомиться с основными теоретическими сведениями о поляризованном свете и соответствующими законами.

2. Осуществить экспериментальную проверку закона Малюса.

3. Осуществить экспериментальную проверку закона Брюстера.

Теоретические сведения

Свет представляет собой сложное явление: в одних случаях он ведет себя как волна (электромагнитная), в других - как поток особых частиц - фотонов. В связи с этим теория света называется корпускулярно - волновой. В данной работе будут изучаться некоторые явления (и законы), в основе которых лежит волновая природа света.

Как известно из теории Максвелла, в электромагнитной волне происходят колебания двух физических величии - напряженностей электрического и магнитного полей, характеризуемых векторами Е и Н ( рис. 1) В основном, при взаимодействии с веществом, действия света вызывают колебания электрического вектора Е, поэтому его называют световым вектором.

Рис. 1

В так называемом естественном свейте (свете, испускаемом обычными источниками) имеются колебания, совершающиеся в самых различных направлениях (плоскостях), перпендикулярных к лучу (рис.2а и 2б).

Плоскость колебаний для каждого вектора ориентирована здесь случайным образом. Поэтому в результирующей волне колебания различных направлений представлены с равной вероятностью. В естественном свете колебания различных направлений быстро и беспорядочно сменяют друг друга. Поляризованным называется свет, в котором направления колебаний светового вектора упорядочены каким-либо образом.

Рис. 3

Представим луч в виде двух взаимно перпендикулярных электрических колебаний (рис. 3). Результирующая напряженность Е является векторной суммой напряженностей Е_х и Е_у.. Угол между направлениями векторов Е_х и Е_у. определяется выражением: .

Если разность фаз (определяется длинной векторов) претерпевает случайные хаотические изменения, то и угол , т.е. положение светового вектора Е, будет испытывать скачкообразные неупорядоченные изменения. В соответствии с этим естественный свет можно представить в виде двух некогерентных электромагнитных волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях и имеющих одинаковую интенсивность. Такое представление намного упрощает рассмотрение прохождения естественного света через поляризованные устройства.

Если колебания светового вектора происходят только в одной проходящей через луч плоскости, свет называется плоско-поляризованным (или линейно поляризованным). В этом случае разность фаз между Е_х и Е_у равна 0 или  и результирующее колебание совершается в фиксированном направлении.

Рис.4

Упорядоченность может заключаться и в том, что вектор Е поворачивается (вращается) с частотой света вокруг луча, одновременно пульсируя по величине (рис. 4). Из учения о колебаниях известно, что два взаимно перпендикулярных гармонических колебания одинаковой частоты при сложении дают в общем случае движения по эллипсу, т.е. получается эллиптическая поляризованная волна. В частном случае получается движение по прямой (рассмотрено выше) и движение по окружности - свет называется поляризованным по кругу. Наиболее распространенный в практике поляризованный свет можно получить из естественного с помощью различных приборов, в частности, используют анизотропные кристаллы (призмы Никеля, Фуко, дихроичные пластинки и пленки и т.п.).

Эти приборы свободно пропускают колебания параллельные определенной плоскости кристалла и, наоборот, полностью задерживают колебания, перпендикулярные этой плоскости.