Комраков Б.М., Лысенко Г.А. - Лабораторный практикум по физической оптике, часть 1 (1070661), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

(2.1)

(2.2)

Амплитудные коэффициенты отражения и характеризуют изменение амплитуды и фазы соответственно s- и p-составляющей электрического вектора отраженной волны по сравнению с электрическим вектором падающей. Амплитудные коэффициенты пропускания и характеризуют аналогичные изменения электрического вектора преломленной волны.

Энергетические коэффициенты отражения и пропускания , равные отношению потоков энергии отраженной и преломленной волн к потоку энергии падающей волны, могут быть найдены через соответствующие амплитудные коэффициенты следующим образом:

(2.3)

(2.4)

Различие коэффициентов отражения и пропускания для двух составляющих электрического вектора приводит к тому, что состояние поляризаций отраженной и преломленной волн всегда отличается от состояния поляризации падающей, за исключением случаев, когда падающая волна линейно поляризована параллельно или перпендикулярно плоскости падения, а также, когда излучение падает на границу раздела по нормали.

При нормальном падении ( ) понятие плоскости падения теряет смысл, и системы (2.3) и (2.4) приводятся к одной:

(2.5)

На рис. 3 представлены графики зависимостей энергетических коэффициентов (2.3) и (2.4) от угла падения при условии . Из графиков видно, что при значении угла падения коэффициент отражения для составляющей электрического вектора, лежащей в плоскости падения, равен нулю. Этот угол называют углом Брюстера и рассчитывают по формуле:

. (2.6)

Из первой формулы в системе (2.4) следует, что при падении света на границу двух сред под углом Брюстера . Следовательно, в этом случае угол между отраженной и преломленной волнами составляет 90° (см. рис. 2).

Рис. 3. Зависимость энергетических коэффициентов
пропускания и отражения от угла падения

Описание экспериментальной установки

Оптическая схема установки для измерения угла Брюстера изображена на рис. 4. Источник света 1 освещает щель коллиматора 2, установленную в передней фокальной плоскости объектива 3. Плоскопараллельная пластина 5 отражает пучок света, вышедший из коллиматора. В задней фокальной плоскости объектива зрительной трубы 6, совмещенной с передней фокальной плоскостью окуляра зрительной трубы 7, формируется изображение щели 2. Поляризатор 4 поляризует излучение, падающее на пластину 5, линейно в плоскости падения.

Поворачивая пластину 5 и зрительную трубу, можно добиться, чтобы угол падения был равен углу Брюстера. В этом случае пластина не отражает падающее на нее излучение, и изображение щели в зрительной трубе пропадает.

Положение нормали к пластине 5, относительно которой измеряют угол , может быть определено при использовании в зрительной трубе автоколлимационного окуляра, который отличается от обычного наличием дополнительной ветви. В дополнительной ветви установлена непрозрачная пластина 9 с прозрачным перекрестием, которое освещается лампой 8. Изображение перекрестия проецируется с помощью объектива 10 и полупрозрачного зеркала 11 в плоскость и далее объективом 6 – в бесконечность. Если ось зрительной трубы перпендикулярна поверхности пластины 5 (пунктирное изображение на рис. 4), пучок света, выходящий из зрительной трубы, частично отражается поверхностью пластины 5, и отраженное излучение создает изображение перекрестия в плоскости , которое видно в окуляр 7.

Рис. 4. Оптическая схема установки для измерения угла Брюстера

Устройство по описанной оптической схеме может быть собрано на базе гониометра ГС-5 (рис. 5). На массивном основании 1 неподвижно установлен коллиматор 18. Размер щели коллиматора регулируется винтом 19. Зрительная труба 9 с автоколлимационным окуляром 8 установлена на алидаде 2 и может вращаться вместе с ней вокруг вертикальной оси гониометра: грубые повороты осуществляются вручную при отпущенном винте 4, точные повороты – микрометренным винтом 3 при зажатом винте 4. Коллиматор и зрительная труба имеют аналогичные устройства фокусировки на бесконечность. На рис. 5 видны шкала фокусировки 17 коллиматора 18 и винт фокусировки 10 зрительной трубы 9. Положение осей коллиматора и зрительной трубы в вертикальной плоскости регулируется винтами 16 и 6.

Рис. 5. Гониометр ГС-5

Предметный столик 12, положение которого в горизонтальной плоскости регулируется двумя винтами 11, установлен на двух платформах 14 и 21, вращающихся вокруг вертикальной оси гониометра. Верхняя платформа 14 вращается посредством пары винтов 13 и 15, нижняя платформа 21 – посредством винтов 22 и 20. Устройство и назначение пар винтов аналогичны винтам 4 и 3.

Измерительное устройство гониометра фиксирует взаимное угловое положение алидады 2 и нижней платформы предметного столика 21. В поле зрения отсчетного микроскопа 7 видны две измерительные шкалы (см. рис 5): горизонтальная шкала (прямое и перевернутое изображения) с ценой деления , оцифрованная от 0 до 360 град, и вертикальная шкала с ценой деления , оцифрованная от до . Каждый отсчет измерительного устройства гониометра равен сумме показаний двух шкал.

Порядок снятия отсчета следующий: 1) маховичком 5 совместить штрихи двух перевернутых изображений горизонтальной шкалы; 2) снять показания о целом числе градусов на верхнем неперевернутом изображении горизонтальной шкалы слева от неподвижного вертикального индекса в центре; 3) определить число десятков минут по горизонтальной шкале, которое равно числу делений, заключенных между штрихом, соответствующим снятому отсчету градусов, и штрихом, оцифровка которого на нижней перевернутой шкале отличается от снятого отсчета на 180°; 4) снять показания о минутах и секундах на вертикальной шкале по неподвижному горизонтальному индексу в центре; 5) сложить все отсчеты, полученные с горизонтальной и вертикальной шкал. Например, отсчет со шкал, изображенных на рис. 5, равен .

Экспериментальная часть

Внимание!!! Так как юстировка гониометра не входит в задачу настоящей лабораторной работы, она предварительно выполнена пре­подавателем. Чтобы не сбить юстировку прибора, при выполнении работы не следует вращать юстировочные винты 6, 10, 11, 16 (см. рис. 5) и сдвигать стеклянную пластину, установленную на предметном столике. Если вы по ошибке изменили положение этих элементов, обратитесь к преподавателю. Не рекомендуется также поворачивать верхнюю платформу столика 14 посредством винтов 13 и 15, чтобы не внести погрешности в результаты измерений.

1. Подготовка экспериментальной установки к работе.

1.1. С помощью преподавателя ознакомиться с работой основных узлов гониометра ГС-5 и источника света, а также с порядком их включения в сеть.

1.2. Включить гониометр и источник света в сеть.

1.3. Установить стеклянную пластину в положение, когда излучение коллиматора падает на ее поверхность приблизительно по нормали. Для этого отпустить винт 22 и вращать вручную нижнюю платформу столика 21.

1.4. Найти изображение щели коллиматора в зрительную трубу, создаваемое излучением, прошедшим стеклянную пластину. Для этого отпустить винт 4 и поворачивать алидаду 2 вокруг вертикальной оси гониометра вручную. Изображение щели должно быть резким.

1.5. Установить ширину щели коллиматора приблизительно винтом 19.

1.6. Добиться равномерного освещения щели, перемещая источник света.

2. Измерение угла Брюстера.

2.1. Установить поляризатор на тубус коллиматора.

2.2. Установить стеклянную пластину в положение, когда угол падения излучения коллиматора на ее поверхность (угол на рис. 4) равен приблизительно 45°. Для этого отпустить винт 22 и вращать вручную нижнюю платформу столика 21.

2.3. Найти изображение щели коллиматора в зрительную трубу, создаваемое излучением, отраженным стеклянной пластиной. Для этого при отпущенном винте 4 вручную поворачивать алидаду 2 вокруг вертикальной оси гониометра.

2.4. Вращая поляризатор, найти такое его положение, при котором яркость изображения щели в зрительной трубе минимальна. Закрепить оправу поляризатора в этом положении стопорным винтом.

2.5. Найти такое положение стеклянной пластины и зрительной трубы относительно оси коллиматора, когда яркость изображения щели практически равна нулю. Для этого одновременно вручную поворачивать нижнюю платформу столика 21 и алидаду 2, удерживая изображение щели в поле зрения зрительной трубы.

2.6. Закрепить алидаду 2 и нижнюю платформу столика 21 зажимными винтами 4 и 22 соответственно.

2.7. Совместить центр изображения щели с вертикальным штрихом сетки окуляра зрительной трубы, поворачивая алидаду 2 микрометренным винтом 3.

Примечание. Если яркость щели слишком мала для выполнения этой операции, отпустить стопорный винт на оправе поляризатора и повернуть поляризатор на некоторый угол для увеличения яркости.

2.8. Снять отсчет с измерительного устройства гониометра и занести
его в табл. 2.

2.9. Установить стеклянную пластину так, чтобы ее поверхность была перпендикулярна оси зрительной трубы. Для этого отпустить зажимной винт 22 и вручную поворачивать нижнюю платформу столика 21 до тех пор, пока в поле зрения зрительной трубы не появится автоколлимационное изображение перекрестия.

2.10. Закрепить платформу 21 зажимным винтом 22.

2.11. Совместить центр автоколлимационного перекрестия с вертикальным штрихом сетки окуляра зрительной трубы, поворачивая платформу 21 микрометренным винтом 20.

Характеристики

Список файлов книги