МУ-О-25 (1003774), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Плоскость склейки находитсяна оптической оси установки, совпадает с плоскостью РР поляризации света, вышедшего изполяризатора и делит поле зрения на две половины - левую и правую (для наблюдателя). Направление АА анализатора перпендикулярно направлению РР. Если между кварцевой пластинкой и анализатором находится раствор, не обладающий способностью вращать плоскость поляризации (например, дистиллированная вода), то яркости левой и правой частейπполя зрения одинаковы (рис. 16а), поскольку J Л = J П = J Р ⋅ cos 2 − γ = J Р ⋅ sin 2 γ2γ - это равные углы, на которые в обе стороны от направления РР поворачиваются плоскостиполяризации лучей, идущих в левой и правой половинах пучка света.
Обычно γ = (3 - 4)°, поэтому яркости обеих частей поля зрения малы, но при этом одинаковы (случай «а», рис 16).Р – до кварцевойпластиныРϕРПРЛγРЛ – послеРП – послекварцевойкварцевойАА пластиныААпластиныкварцевойкварцевойпластины впластины влевом полеправом полезрениязренияγРПРЛϕРРа)б)Рис. 16Если между кварцевой пластинкой и анализатором ввести оптически активный раствор, поворачивающий плоскость поляризации на угол φ, то, как видно из рис. 16б, равенство яркостей частей поля зрения нарушится: J Л = J Р ⋅ sin 2 (γ − ϕ ) ; J П = J Р ⋅ sin 2 (γ + ϕ ) . Даже прималых углах φ разность JЛ и JП очень заметна на глаз, и для восстановления одинаковой яркости частей поля зрения необходим поворот анализатора на угол φ, регистрируемый отсчетным устройством, в направлении поворота плоскости поляризации раствора. Полутеневые анализаторы позволяют измерять угол поворота плоскости поляризации с точностью ≈0,01°.Оптическую активность можно искусственно вызвать у веществ, которые в естественном состоянии ею не обладали.
Так, Фарадеем было обнаружено явление вращения плоскости поляризации под действием магнитного поля. Свет при этом должен распространятьсявдоль направления намагниченности вещества.Классическая молекулярная теория оптической активности впервые была разработанаМ. Борном (1915 г.), который показал, что необходимо учитывать взаимодействие электро-магнитного поля с веществом в пределах одной молекулы, электроны которой взаимодействуют между собой.
При построении теории принималось во внимание, что все оптически активные вещества существуют в двух модификациях (лево- и правовращающих) и рассматривались сложные асимметричные молекулы с пространственной структурой, не имеющие ницентра симметрии, ни плоскости симметрии. Наиболее простой моделью такой молекулыявляется отрезок спирали.Задание 6. Наблюдение явления вращения плоскости поляризации (демонстрация)Описание установки.При выполнении задания используется установка 1, на которой располагаются два поляроида(поляризатор и анализатор). Источником света служит матовая лампа. Для наблюдения явления предлагаются две кюветы с прозрачными торцами, заполненные растворами сахара различной концентрации и одна кювета с дистиллированной водойВыполнение задания:1.
Вставить красный светофильтр в направляющие 2.2. Включив источник света, повернуть анализатор в такое положение, при котором наблюдается наибольшее затемнение (скрещенные поляроиды).3. Помещая на пути света в пространство между поляризатором и анализатором кювету с водой, убедиться, что просветления не наступает, т. е.
дистиллированная вода не является оптически активной жидкостью.4. Заменив кювету с водой кюветой с раствором сахара, наблюдать изменение степени затемнения, и, вращая анализатор, грубо оценить угол, на который раствор поворачивает плоскость поляризации. Отметить направление вращения плоскости поляризации. Повторитьопыт с синим светофильтром, а также с белым светом.Задание 7.
Измерение концентрации сахараОписание установкиИспользуется портативный поляриметр П-161М, изображенный на рис. 17.Выполнение задания12345Рис. 17Поляриметр П 161М1-Оправа окуляра2-Отсчетная лупа3-Головка анализатора4-Трубка для растворов5-Зеркало1. Подготовить прибор к измерениям. Перемещением окуляра зрительной трубки получитьрезкое изображение линии раздела поля зрения. Вращением анализатора добиться того, чтобы части поля были уравнены при минимальных яркостях.2. Определить нулевой отсчет.
При отсутствии трубки(кюветы) с раствором 3-5 раз настроиться на равенстyво яркостей частей поля зрения, каждый раз определяяпоказания по нониусу. Среднее значение из этих отсчетов является нулевым отсчетом прибора.3.В соединительную трубку прибора поместить кюEвету с раствором сахара известной концентрации иEYустановить окуляр на резкое изображение разделяюαщей линии поля зрения.
Поворачивая анализатор, установить равенство яркостей частей поля зрения и опαределитьпо отсчетному устройству угол. ИзмеренияEXzповторить 3-5 раз и получить среднее значение угла сточностью 0,1 °.Рис. 184. Из полученного среднего значения вычесть нулевойотсчет. Разность отсчетов представляет собой величину угла φЭ поворота плоскости поляризации оптически активной жидкости с известной концентрацией СЭ.Помещая в соединительную трубку поляриметра кювету такой же длины с раствором сахаранеизвестной концентрации СХ, определить угол φХ по результатам 3-5 измерений. Рассчитатьконцентрацию неизвестного раствора по формуле:ϕ(9)СХ = Х ⋅ СϕЭ3. ПОЛУЧЕНИЕ И АНАЛИЗ ЭЛЛИПТИЧЕСКИ ПОЛЯРИЗОВАННОГОСВЕТА (задания 8, 9).Эллиптически поляризованный свет получают из линейно поляризованного, пропуская его через двоякопреломляющую кристаллическую пластинку.
Пластинка осуществляетсдвиг фаз ортогональных компонент.В данной работе используются кристаллы слюды. В плоскости пластинки слюдыимеются два взаимно перпендикулярных главных направления обозначенные на рис.18 осями х и у; они определенным образом связаны с кристаллической решеткой. Линейно поляризованные волны с направлением колебаний параллельно оси х и параллельно оси у распространяются в слюде с различными скоростями VХ и VY . Следовательно, для этих волн слюдаимеет различные показатели преломления nХ=с/VХ и nY= с/VY , где с - скорость света в вакууме.
Для красного света с колебаниями, параллельными оси х (т.е. света, распространяющегося в кристалле быстрее), показатель преломления равен nХ=1,5908, а для света с колебаниямивдоль оси у (т.е. света, распространяющегося в кристалле медленнее), он равен nY=1,5950.Направим на пластинку монохроматическую линейно поляризованную волну, элек"трический вектор E которой ориентирован под некоторым углом α к оси х (рис.18). Разло"""EEEXи Y .
На входе пластинки EX и EY находятся в фазе. Нажим векторна составляющиевыходе между ними появляется сдвиг фаз, возникающий из-за различия скоростей VХ и VY иопределяемый соотношением(10)δ = ( 2π / λ0 ) ⋅ d ⋅ n y − nx()где d - толщина слюды, λ0 - длина волны света в вакууме.Таким образом, на выходе пластинки получаем две ортогональные когерентные линейно поляризованные волны, сдвинутые по фазе.
Как отмечалось во Введении, такие волны образуют эллиптически поляризованную волну, а при некоторых разностях фаз δ - ее частные слу-чаи: циркулярную и линейную поляризации.Рассмотрим некоторые важные случаи.yyyEEY0αEX0ααxxxв)a)д)EEEг)б)e)Рис. 19а) Пластинка создает сдвиг фаз δ = π/2; она называется пластинкой в четверть длины волны(λ/4).
Согласно (10), толщина слюды должна быть d = 38 мкм для красного света с λ0 = 0,65мкм и несколько меньше для зеленого или синего света. Получаемая поляризация будет за"висеть от ориентации вектора E относительно главных направлений пластинки (осей х и у).Рассмотрим три основных случая для сдвига фаз π/2."а1) Пусть вектор E линейно поляризованной волны составляет угол α=45° с осью х (рис.19,а).
В этом случае амплитуды ортогональных компонент одинаковы: ЕОХ = ЕOY . Волна, прошедшая через пластинку, имеет циркулярную поляризацию (рис.19,б). Если α=-45° , то волна также будет циркулярной, но с противоположным направлением вращения.а2) Пусть угол α имеет значение, при котором амплитуды ортогональных компонент различны. При этом получаем эллиптическую поляризацию (рис.19,в,г.).аЗ) Рассмотрим случай, когда направление колебаний в падающей на пластинку волне совпадает с одним из главных направлений, например, α=90° (рис.19,д).
В этом случае одна издвух ортогональных компонент отсутствует (Е0Х=0). Волна, прошедшая через пластинку,остается линейно поляризованной в той же плоскости, что и перед пластинкой (рис. 19, е).Таким образом, с помощью пластинки в четверть длины волны из линейно поляризоybaααxa′b′Рис. 20ванного света можно получить свет с различной поляризацией - эллиптической или циркулярной, а также оставить пояризацию неизменной.б) Пластинка дает сдвиг фаз π (пластинка в λ/2).
На выходе пластинки снова образуется линейно поляризованная волна, направление bb' колебаний которой повернуто относительнонаправления aa' колебаний падающей волны (рис.20). Такую пластинку используют для поyЛинейно поляризованный светαЛxПластинка λ/4yЦиркулярно (эллиптически)поляризованный светαПxЛинейно поляризованный светРазрешенноенаправлениеАРис. 21ворота направления колебаний линейно поляризованной волны.Задание 8. Получение и анализ света с эллиптической и круговой поляризацией.Оптическая схема установки для получения и визуального анализа эллиптически поляризованного света показана на рис.21. Она состоит из лампы Л, двух поляроидов ( поляризатора П и анализатора А) и пластинки в λ/4.Пластинка в λ/4 представляет собой листочек слюды толщиной примерно 35-40 мкм,помещенный между двумя защитными стеклами 50х50 мм.
Главные направления в слюде(оси х и у на рис.18) мало отличаются от направления сторон защитных стекол; поэтому, когда пластинку вставят в прибор, ее главные направления будут близки к горизонтальному(вертикальному) направлениям.1. Собрать установку по схеме на рис.21. Для этого в направляющие I прибора I (рис.8) вставить поляризатор (поляроид номер 10), а в направляющие 2 - пластинку в λ/4.2. Для получения циркулярно поляризованного света установить поляризатор в положение,когда линия двух точек составляет угол 45° с вертикалью. В этом случае на пластинку в λ/4падает линейно поляризованный свет с направлением светового вектора под углом 45° кглавным направлениям пластинки (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
