Файл: FP_Opt_i_at_f_2.pdf

исследовании закона Малюса) установка включает в себя полупроводниковый лазер, анализатор и фотоприемник.

Рис. 4

В работе используется лазер, на выходной диафрагме которого установлен дихроичный пленочный поляризатор, и, таким образом, выходное излучение является линейно поляризованным, его интенсивность соответствует обозначению I0 в формуле для закона Малюса. Угол φ изменяется вращением анализатора.

Свет, прошедший через анализатор интенсивностью I, попадает на фотоприемник (фотодиод), подключенный к мультиметру. Показания мультиметра пропорциональны световому потоку, попадающему на фотодиод.

Показания с мультиметра следует снимать в режиме измерения тока, так как получаемая в этом случае характеристика является линейной.

Во второй части работы между лазером и анализатором помещается фазовая пластинка из слюды.

На рисунке приведен внешний вид лабораторной установки РМС1, аналогичная оптическая схема может быть собрана также в комплекте РМС7.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

I.Исследование закона Малюса.

1.Установить мультиметр в режим измерения тока I, мА и вращением анализатора установить положение максимального пропускания. Выставить на мультиметре необходимый предел измерений, при котором отсутствует индикация перегрузки.

2.Перекрыть луч лазера оптически непрозрачным материалом и

снять отсчет темнового тока фотоприемника IT . Установить анализатор в положение, соответствующее φ = 0°. Снять показания мультиметра в режиме измерения тока I, мА. Затем, поворачивая анализатор через 10°, заполнить табл. 1 для I .

91

Таблица 1.

Угол φ

2. Произвести указанные измерения дважды (или большее число раз по заданию преподавателя) и рассчитать средние значения <I> по результатам измерений.

3. Построить графики зависимостей I0 = f(φ) и I0 = f (cos2 φ). 4. Объяснить полученные результаты.

II.Работа с фазовой пластинкой

1.Вращением установить анализатор в такое положение, чтобы полностью погасить свет, попадающий на фотоприемник.

2.Поместить перед анализатором фазовую пластинку.

3.Вращая пластинку вокруг своей оси, убедиться в наличии таких четырех

ееположений, в которых опять будет наблюдаться полное гашение света. Эти положения соответствуют ориентации одной из собственных осей пластинки перпендикулярно плоскости главного пропускания анализатора.

4.Выбрав любое из таких положений, повернуть пластинку на 45° и закрепить ее в этом положении. В указанном случае мы получаем, что плоскость поляризации падающего излучения ориентирована под углом 45° к собственным осям пластинки, и, таким образом, амплитуды обыкновенного и необыкновенного лучей одинаковы.

5.Вращая анализатор, снять показания с мультиметра аналогично первой части работы и заполнить таблицу 2.

Таблица 2.

Угол φ

I,

м

I0=<I>-I

6.Построить график зависимости I0 = f(φ).

7.Найти средние значения Imin и Imах.

8.Рассчитать эллиптичность, равную отношению малой и большой полуосей эллипса, которая выразится следующим образом:

8. При выполнении условия ориентации осей фазовой пластинки под

92

углом 45° к плоскости поляризации падающего света (п. 4) разность фаз δ и ε связаны между собой простым соотношением: δ = 2γ. Данная формула следует 9. из выражений (6), (8) а также иллюстрируется следующими примерами: при разности фаз между обыкновенным и необыкновенным лучом δ = 0 или δ = π, как было описано выше, эллипс вырождается в прямую - эллиптичность

и эллипс превращается в круг.

10. При известной толщине пластинки из слюды можно рассчитать разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей

(п0 - пе).

Контрольные вопросы

1.Что такое естественный и поляризованный свет?

2.Плоскополяризованный и частично поляризованный свет. Плоскость поляризации.

3.Что такое поляризатор и анализатор?

4.Эллиптическая поляризация света.

5.Закон Малюса.

6.Прохождение плоскополяризованного света через кристаллическую пластину.

7.Опишите лабораторную установку и порядок выполнения работы.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб пособие для втузов. – М:

Высш. Шк., 1989. – 608 с.

2.Савельев И.В. Курс общей физики, т.2.- М.: «Наука» 1978, с.

3.Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособ. для вузов.- 15-е изд., стереотип. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 560 с.

93

от их первоначального направления δ с показателем преломления стекла призмы n, преломляющим углом призмы А и углом падения лучей на призму α. Используя эту зависимость, можно определить показатели

преломления вещества призмы. Данный метод и применяется в работе.

. 1

Рис. 1 При некотором определенном угле падения лучей на призму угол

отклонения лучей призмой δ принимает наименьшее и носит название угла наименьшего отклонения δmin. В этом случае угол падения лучей на призму α (рис. 1) равен углу их выхода из призмы, то есть луч в призме идет параллельно основанию. Установим для этого случая связь п, А и δmin .

95

Из формулы видно, что в работе должны быть измерены углы А и δmin для различных длин волн и затем рассчитаны значения показателя преломления.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Установка смонтирована на двух составных основаниях, на которых закреплены: источник излучения - ртутная лампа в кожухе 1, коллиматор 2 типа МГТ 2,5*17,5 на стойке и гониометрический столик 5 со зрительной трубой 6, закрепленной на его алидаде. На кожухе лампы имеется прорезь, в которую

Рис. 2

устанавливается щель. Исследуемый объект 8 (призма) закреплен в оправе с вклеенными магнитами и устанавливается на основании гониометрического столика. Отсчет углов поворота столика производится по угловой шкале с нониусным отсчетом. Излучение от ртутной лампы, заполняющее щель, преобразуется коллиматором в параллельный пучок, который направляется на призму, установленную на столике гониометра. Отклоненное излучение наблюдается визуально с помощью зрительной трубы, сфокусированной на «бесконечность», что позволяет восстановить изображение щели. Угол отклонения излучения измеряется по отсчетной шкале столика. Отсчет целых градусов производить по шкале лимба против нуля нониуса. К этим данным следует добавить количество десятых долей, снятых по шкале нониуса - первое деление нониуса, совпадающее с каким-либо делением шкалы лимба.

Спектр излучения лампы содержит линии, присущие парам ртути и гелия.

96

Длины волн приведены в Приложении. Визуально наблюдаться могут не все линии.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Включите источник света, поверните алидаду гониометра так, чтобы оптическая ось зрительной трубы совпадала с осью коллиматора. При этом в поле зрения окуляра появится изображение входной щели коллиматора.

Проверьте и при необходимости произведите фокусировку коллиматора и зрительной трубы в следующей последовательности:

1.Сфокусируйте на оптическом стенде с помощью автоколлиматора трубу на «бесконечность». При отсутствии автоколлиматора можно визуально сфокусировать трубу на удаленный предмет в коридоре или за окном.

2.Установите алидаду гониометра соосно с оптической осью коллиматора. Вращением фокусирующей подвижки коллиматора добейтесь резкого изображения щели.

3.Установите исследуемый объект на предметный столик и проверьте наличие дифрагировавшего или отклоненного излучения.

Определить преломляющий угол А призмы (в работе используется призма АР-90, у которой в качестве рабочих выбираются две грани под углом 45°, как показано на рис. 3). На предметный столик поставить призму так, чтобы биссектриса преломляющего угла призмы примерно совпадала с осью освещенного коллиматора. В этом случае боковые грани призмы работают как зеркала. Сначала невооруженным глазом, а затем с помощью окуляра поймать изображение входной щели освещенного коллиматора по направлению отраженных от боковых граней призмы лучей. Поворачивая окуляр, совместить его нить с изображением щели сначала справа от оптической оси коллиматора, а затем слева. При этом снять отсчеты по лимбу и нониусу гониометра (N1 и N2). При таком положении призмы искомый угол А равен:

A N1 N2 .

2

Если при перемещении из положения справа в положение слева от оптической оси коллиматора окуляр проходит через ноль лимба, тогда

97

трех раз и найти среднее значение.

Измерить углы наименьшего отклонения для различных длин волн спектра лампы. Прежде всего, необходимо увидеть в окуляр линейчатый спектр лампы. Для этого элементы установки нужно установить в следующем порядке: поместить призму на предметном столике так, как изображено на рис. 3 (при этом коллиматор-объектив и окуляр образуют угол примерно равный 21-25 градусов). Слегка поворачивая столик с призмой и окуляр вблизи данного положения, нужно добиться четкого изображения линий спектра. Далее следует повернуть столик с призмой в одном направлении и проследить за движением спектральных линий. При некотором определенном угле падения луча на призму наблюдаемая спектральная линия останавливается в поле зрения окуляра, а затем начинает двигаться в обратном направлении. Положение спектральной линии в момент остановки соответствует углу наименьшего отклонения луча δmin . Совместив отсчетную нить окуляра

Рис. 3

с линией спектра в положении минимального отклонения, снять отсчет N3 по лимбу и нониусу. Далее, чтобы измерить угловую координату лучей, нужно снять призму со столика и совместить окуляр с оптической осью коллиматора, совместить отсчетную нить с изображением входной щели и снять отсчет N4.

98

Тогда угол наименьшего отклонения для любой спектральной линии:

δmin = N3 - N4 (см. рис.1). Снимать показания не менее 3 раз для всех спектральных линий. Усреднить значения.

По измеренным в опыте углам А и δmin вычислить показатели преломления оптического стекла призмы для всех указанных длин волн.

Построить график, изображающий дисперсию света в оптическом стекле призмы

n = n(λ).

Вывести формулу погрешности для показателя преломления стекла. Рассчитать дисперсию оптического стекла в желто-зеленой области спектра

по формуле

D n .

Контрольные вопросы

1.Что такое дисперсия света?

2.Каков физический смысл показателя преломления света?

3.Преломление световых лучей в призме.

4.Опишите порядок выполнения работы.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб пособие для втузов. – М:

Высш. Шк., 1989. – 608 с.

2.Савельев И.В. Курс общей физики, т.2.- М.: «Наука» 1978, с.

3.Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособ. для вузов.- 15-е изд., стереотип. -

М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 560 с.

99