5.16 (810748)

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

Текст из файла

Московский физико-технический институт(государственный университет)Цель работы: ознакомление с методами получения и анализа поляризованного света.В работе используются: оптическая скамья с осветителем; зеленый светофильтр; два поляроида; черное зеркало; полированная эбонитовая пластинка; стопа стеклянных пластинок; слюдяные пластинки разной толщины; пластинки в 1/4 и 1/2 длины волны; пластинкав одну длину волны для зеленого света (пластинка чувствительногооттенка).ИЗУЧЕНИЕПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТАЛабораторная работа № 5.16МОСКВА 2005Естественный и поляризованный свет.

Как известно, световые волны поперечны: электрический вектор E и магнитный вектор H (или B)взаимно перпендикулярны и располагаются в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны (лучу S). Во всякой даннойточке пространства ориентация пары векторов E и H в плоскости, перпендикулярной лучу S, может, вообще говоря, изменяться со временем.В зависимости от характера такого изменения различают естественныйи поляризованный свет.Обычные источники света являются совокупностью огромного числа быстро высвечивающихся (10−10 ÷ 10−9 с) элементарных источников(атомов или молекул), испускающих свет независимо друг от друга, сразными фазами и с разными ориентациями векторов E и H.

Ориентация векторов E и H в результирующей волне поэтому хаотически изменяется во времени, так что в плоскости, перпендикулярной лучу S, всенаправления оказываются в среднем равноправными. Такой свет называют естественным или неполяризованным.При помощи специальных приспособлений (поляризаторов), о которых речь будет идти дальше, естественный свет может быть превращенв линейно поляризованный (или, как иногда говорят, в плоскополяризованный). В линейно поляризованной световой волне пара векторов E иH не изменяет с течением времени своей ориентации.

Плоскость E, Sназывается в этом случае плоскостью колебаний 1 .Наиболее общим типом поляризации является эллиптическая поляризация. В эллиптически поляризованной световой волне конец вектораE (в данной точке пространства) описывает некоторый эллипс. Линейнополяризованный свет можно рассматривать как частный случай эллиптически поляризованного света, когда эллипс поляризации вырождается в отрезок прямой линии; другим частным случаем является круговаяполяризация (эллипс поляризации является окружностью).1 Говоря о направлении световых колебаний, мы в дальнейшем всегда будем подразумевать направление колебаний электрического (светового) вектора.3При теоретическом рассмотрении различных типов поляризации часто бывает удобнопроектировать вектор E в некоторой точкепространства на два взаимно перпендикулярных направления (рис.

1). В том случае, когда исходная волна была поляризованной, Exи Ey когерентны между собой и могут бытьзаписаны в видеEx = Ex0 cos(kz − ωt),Ey = Ey0 cos(kz − ωt − ϕ),(1)y6EyE61ExS1 xzРис. 1. Представление световой волны в виде двухлинейно поляризованныхволнгде амплитуды Ex0 , Ey0 , волновой вектор k,частота ω и сдвиг фаз ϕ не зависят от времени. Формулы (1) описывают монохроматический свет. Немонохроматический свет может бытьпредставлен суммой выражений типа (1) с различными значениями частоты ω.Ориентация эллипса поляризации определяется отношением амплитуд Ey0 /Ex0 и разностью фаз ϕ.

В частности, при ϕ = 0, ± π эллипсвырождается в отрезок прямой (линейная поляризация). При ϕ = ±π/2главные оси эллипса совпадают с осями x, y. Если при этом отношение амплитуд Ey0 /Ex0 = 1, эллипс поляризации вырождается в окружность2 .В плоскости z = z0 вектор E волны (1) вращается против часовойстрелки (при наблюдении навстречу волне), если 0 < ϕ < π.

В этомслучае говорят о левой эллиптической поляризации волны. Если жеπ < ϕ < 2π, вращение вектора E происходит по часовой стрелке, иволна имеет правую эллиптическую поляризацию.В фиксированный момент времени t = t0 концы вектора E при различных z лежат на винтовой линии. При этом для левой эллиптическойполяризации образуется левый винт, а для правой — правый винт.Неполяризованный свет также может быть разложен на две линейнополяризованные компоненты; однако в этом случае разность фаз ϕ испытывает быстрые хаотические изменения, так что колебания Ex и Eyоказываются некогерентными.Методы получения линейно поляризованного света.

Для получения линейно поляризованного света применяются специальные опти2 Для наглядного представления эллиптической поляризации полезна аналогия сфигурами Лиссажу, наблюдаемыми на экране электронного осциллографа при сложении взаимно перпендикулярных колебаний, одинаковых по частоте и обладающихнекоторой разностью фаз.4ческие приспособления — поляризаторы. Направление колебаний электрического вектора в волне, прошедшей через поляризатор, называетсяразрешенным направлением поляризатора.Всякий поляризатор может быть использован для исследования поляризованного света, т. е. в качестве анализатора.

Интенсивность I линейно поляризованного света после прохождения через анализатор зависит от угла, образованного плоскостью колебаний с разрешенным направлением анализатора:(2)I = I0 cos2 α.Соотношение (2) носит название закона Малюса.Опишем несколько способов получения плоскополяризованного света.Отражение света от диэлектрической пластинки. Отраженный от диэлектрика свет всегда частично поляризован.

Степень поляризации света, отраженного от диэлектрической пластинки в воздух, зависит от показателя преломления диэлектрика n и от угла падения i. Как следуетиз формул Френеля, полная поляризация отраженного света достигаетсяпри падении под углом Брюстера, который определяется соотношениемtg i = n.(3)В этом случае плоскость колебаний электрического вектора в отраженном свете перпендикулярна плоскости падения3 .Преломление света в стеклянной пластинке. Поскольку отраженный отдиэлектрической пластинки свет оказывается частично (или даже полностью) поляризованным, проходящий свет также частично поляризуется. Преимущественное направление колебаний электрического векторав прошедшем свете совпадает с плоскостью преломления луча.

Максимальная поляризация проходящего света достигается при падении подуглом Брюстера. Для увеличения степени поляризации преломлённогосвета используют стопу стеклянных пластинок, расположенных под углом Брюстера к падающему свету.Преломление света в двоякопреломляющих кристаллах. Некоторыекристаллы обладают свойством двойного лучепреломления. Это связанос различием поляризуемости молекул в разных направлениях (диэлектрическая проницаемость ε определяет показатель преломления среды n).Двоякопреломляющий кристалл называют одноосным, если в нём существует одно направление с экстремальным значением ε, а в других3 Плоскость падения проходит через падающий луч и нормаль к отражающей поверхности в точке падения.5(перпендикулярных) направлениях значения ε одинаковы (тензор диэлектрической проницаемости образует эллипсоид вращения). Направления вдоль осей эллипсоида называют главными, одно из них — c экстремальным значением ε — оптической осью.

Линейно поляризованнаяволна, в которой вектор E перпендикулярен оптической оси, называетсяобыкновенной; если же вектор E имеет проекцию на оптическую ось, этонеобыкновенная волна. Показатели преломления этих волн обозначаютчерез no (ординарная волна) и ne (экстраординарная)4.Преломляясь в таких кристаллах, световой луч разделяется на двалуча со взаимно перпендикулярными плоскостями колебаний. Отклоняяодин из лучей в сторону, можно получить плоскополяризованный свет, —так устроены поляризационные призмы (Николя́, Глана).Поглощение света в дихроических пластинках.

У некоторых двоякопреломляющих кристаллов (например, турмалина) коэффициенты поглощения света для двух взаимно перпендикулярно поляризованных лучейотличаются настолько сильно, что уже при небольшой толщине кристалла одни из лучей гасятся практически полностью, и из кристалла выходит линейно поляризованный пучок света. Это явление носит названиедихроизма. В настоящее время дихроические пластинки изготовляютсяв виде тонких пленок, закрытых стёклами — поляроидов.Если поляроиды используются для создания поляризованного света,их называют поляризаторами, если для определения характера поляризации — анализаторами.Определение направления разрешенной плоскости колебанийполяроида.

Определить направление разрешенных колебаний поляроида проще всего с помощью черного зеркала.При падении света на отражающую поверхность под углом Брюстерасвет в отражённом луче полностью поляризован, а вектор E параллеленотражающей поверхности («правило иголки»).

Луч света, прошедшийполяроид и отразившийся от чёрного зеркала, имеет минимальную интенсивность при выполнении двух условий: во-первых, свет падает наотражающую поверхность под углом Брюстера, и во-вторых, в падающем пучке вектор E лежит в плоскости падения.Вращая поляроид вокруг направления луча и чёрное зеркало вокругоси, перпендикулярной лучу, методом последовательных приближенийможно добиться минимальной яркости луча, отражённого от зеркала, итаким образом определить разрешённое направление поляроида.Измеряя угол поворота зеркала (угол Брюстера), нетрудно определить коэффициент преломления материала, из которого изготовленозеркало.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы