Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

им. В.И. Ульянова (Ленина)»

кафедра физики

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № _ 6__

«ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНО ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА»

Выполнил

Группа ᅠ

Преподаватель

Санкт-Петербург

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № _ 6__

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНО ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: проверка закона Малюса; определение степени поляризации света

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: установка для исследования линейно поляризованного света.

ЭСКИЗ ИЛИ СХЕМА УСТАНОВКИ:



Данная установка состоит из источника естественного света S (лампа накаливания), диафрагмы D, линзы L, сменных светофильтров С, поляризатора Р, анализатора А, фотоэлемента Ф и микроамперметра РА. Угол φ между главными сечениями поляризатора и анализатора можно изменять вращением анализатора вокруг оси, совпадающей с оптиче ской осью установки. Угловое положение главного сечения анализатора определяется по шкале, находящейся на его корпусе.

Сила тока в цепи фотоэлемента пропорциональна интенсивности света I, падающего на фотоэлемент. Интенсивность света, прошедшего через анализатор, измеряется в условных единицах (делениях шкалы микроамперметра).

ИССЛЕДУЕМЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ

В электромагнитной волне, распространяющейся в безграничном пространстве, векторы напряженности электрического Е и магнитного Н полей перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, определяемому волновым вектором

---

k, т.е. электромагнитная волна является поперечной. Плоскость, в которой лежат векторы Е и k, называется плоскостью колебаний, а перпендикулярная ей плоскость, в которой лежат векторы Н и k, – плоскостью поляризации. Если положение плоскости колебаний неизменно во времени, то волна называется плоско или линейно поляризованной. Возможны и другие типы поляризации поперечной волны, при которых колебания вектора Е, оставаясь в плоскости, перпендикулярной направлению распространения, имеют более сложный характер (конец вектора описывает эллипс или окружность). Волна имеет тогда эллиптическую или круговую поляризацию.

Световые волны суть электромагнитные волны с длинами волн от 400 до 760 нм. Свет от обычных (не лазерных) источников (например, от нити накаливания ламп) представляет собой совокупность большого числа волновых пакетов (цугов волн), каждый из которых является результатом единичного акта испускания электромагнитного излучения атомом вещества. Электромагнитная волна в каждом волновом пакете линейно поляризована. Отсутствие взаимосвязи между актами испускания различных атомов приводит к тому, что плоскости колебаний различных волновых пакетов ориентированы случайным образом. Такой распространяющийся от источника свет называется естественным. В естественном свете все ориентации взаимно перпендикулярных векторов Е и Н в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, равновероятны и плоскость поляризации меняется хаотически. Если положение плоскости колебаний в световой волне каким-либо образом упорядочено, то свет поляризован (частично поляризован).

Получение поляризованного света возможно при разнообразных физических эффектах – прохождения света через анизотропные среды, отражении от диэлектриков и др. Устройства для получения поляризованного света называются поляризаторами. Поляризаторы пропускают колебания, параллельные плоскости, называемой плоскостью поляризатора, и полностью или частично задерживают колебания, перпендикулярные этой плоскости.

Поляризация при двойном лучепреломлении. Если электромагнитная волна падает на границу раздела двух изотропных сред, то во второй среде имеется только одна волна, распространяющаяся по «обычным» законам преломления. Если вторая среда анизотропна, т.е. ее свойства (в частности, диэлектрическая проницаемость) различны вдоль разных направлений, то во второй среде распространяются

---

две различно преломленных волны (обыкновенная и необыкновенная) с разными скоростями. Это явление называется двойным лучепреломлением. Обыкновенная и необыкновенная волны линейно поляризованы, и плоскости их колебаний взаимно перпендикулярны. Эффект двойного лучепреломления света наблюдается в прозрачных анизотропных кристаллах. У одноосных кристаллов (исландский шпат, турмалин) имеется направление (оптическая ось), вдоль которого обе волны распространяются с одинаковой скоростью. Плоскость, проведенная через оптическую ось кристалла и направление распространения света, называется главным сечением кристалла. Колебания вектора Е в обыкновенной волне перпендикулярны плоскости главного сечения кристалла, в необыкновенной – совершаются в плоскости главного сечения.

Одним из широко распространенных поляризаторов света является призма Николя (рис. 6.2), изготовленная специальным образом из исландского шпата так, что необыкновенная e волна проходит через призму, а обыкновенная о претерпевает на прослойке AA′ из канадского бальзама полное отражение и поглощается зачерненной гранью A′C.



В некоторых кристаллах одна из преломленных волн поглощается больше, чем другая (явление дихроизма). Турмалин, например, поглощает почти полностью обыкновенную волну в слое толщиной 1 мм. Явление дихроизма положено в основу поляроидов – одного из видов поляризаторов. Используемые в лаборатории поляроиды представляют собой тонкие целлулоидные пленки с введенными в них и одинаковым образом ориентированными кристалликами сульфата йодистого хинина. В таких поляроидах одна из плоско поляризованных волн поглощается при толщине пленки около 1 мм. Пленка защищена от механических повреждений и действия влаги пластинками из стекла.

Закон Малюса. Пусть на анализатор падает плоско поляризованная волна с амплитудой напряженности электрического поля E₁, плоскость колебаний которой (волны) образует с плоскостью главного сечения поляризатора угол φ (рис. 6.3). Интенсивность волны пропорциональна квадрату напряженности электрического поля. На выходе анализатора амплитуда напряженности электрического поля будет равна E₁cosφ, а интенсивность света пропорциональна (E₁ cosφ

---

)².

Таким образом,

(6.1)

Соотношение (6.1) представляет собой закон Малюса.



Если на поляризатор падает естественный свет с интенсивностью , то все значения φ равновероятны и доля света, прошедшего через поляризатор, будет равна среднему значению . При вращении поляризатора вокруг направления естественного луча интенсивность света остается постоянной, а изменяется лишь направление плоскости колебаний света, выходящего из прибора. Интенсивность прошедшего света, регистрируемая детектором, при этом остается постоянной и равной . Если после первого поляризатора установить второй однотипный поляризатор, называемый анализатором, то интенсивность на выходе анализатора будет изменяться по закону Малюса (6.1):



где I₀ и I₁ – интенсивности естественного и линейно поляризованного света на входе первого и второго поляризаторов соответственно; φ – угол между плоскостями поляризатора и анализатора.

Частично поляризованный свет. Степень поляризации. Идеальных поляризационных устройств не бывает, и полученные с помощью реальных поляризационных устройств световые пучки всегда частично поляризованы, то есть представляют смесь поляризованного и неполяризованного света с интенсивностями и . Для характеристики частично поляризованных световых пучков вводят понятие степени поляризации, под которой понимают отношение интенсивности поляризованной составляющей к полной интенсивности светового пучка на выходе поляризатора:



Этому выражению можно придать другой вид. Если такой частично поляризованный свет пропустить через анализатор, то при вращении прибора вокруг направления луча интенсивность света на его выходе будет изменяться в пределах от

---

п до при параллельных (φ = 0) и взаимно перпендикулярных (φ = 90) плоскостях поляризатора и анализатора соответственно. При этом учтен тот факт, что поляризованная и естественная составляющие при прохождении через анализатор линейно поляризованы и изменяются в соответствии с законом Малюса:

(6.2)

Выразив и через и , получим

(6.3)

Для плоско поляризованного света

ПРОТОКОЛ НАБЛЮДЕНИЙ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №__6__

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНО ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА

Значения и в пределах полного оборота анализатора

N
1							0,5 дел
2
3
4
5
6

---

Смотрите также файлы

• Этапы оказания пп первый этап санпост, где оказывается само и взаимопомощь, то есть первая медицинская помощь пострадавшему (повязка с антисептиком, временная остановка кровотечения, сердечнолегочная реанимация, иммобилизация). Второй этап.docx

• К педагогам относятся также ученые, которые разрабатывают теоретические проблемы педагогической науки.docx

• Медицинская помощь,задание 5.docx

• 1. История развития маркетинга 1 Становление маркетинга как науки.rtf

• Конкурса эссе Нет на свете мудрее профессии.docx