Государственное образовательное учреждение

ПРИДНЕСТРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени Т.Г Шевченко

 

 

 

КАФЕДРА КВАНТОВОЙ РАДИОФИЗИКИ И СИСТЕМ СВЯЗИ

 

 

 

 

Лабораторная работа 6

 по курсу «Оптические направляющие среды»

 

Исследование явления гиротропии света на оптически активных кристаллах

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент 3-го курса

гр. 311

Кириленко М.В.

 

 

 

Принял:

к.ф.-м.н., профессор

Стамов И.Г.
_____________

 

 

 


Тирасполь 2023

1. 
   В чем заключается явление гиротропии в кристаллах?
   

Гиротропия в кристаллах - это свойство кристаллических материалов проявлять различное поведение при распространении электромагнитных волн в зависимости от направления поляризации этих волн.

Это свойство возникает из-за наличия в кристаллах анизотропии - отличий в физических свойствах кристалла в разных направлениях. Как правило, гиротропия проявляется в кристаллах с непарной симметрией, например, в кристаллах кварца или турмалина.

В гиротропных кристаллах, при прохождении электромагнитной волны, происходит изменение направления вектора электрической поляризации в зависимости от направления вращения кристалла вокруг оси распространения волны. Это свойство используется в различных приборах, таких как поляризационные светофильтры, оптические измерительные приборы и другие устройства в области оптики и электроники.

2. 
   Как зависит угол вращения плоскости поляризации света прошедшего через гиротропный кристалл от толщины кристалла и длины волны?
   

В соответствии с оптическим законом Малюса интенсивность света I прошедшего через систему анализатор-поляризатор от угла φ между главными направлениями элементов описывается зависимостью:

I= I_ocos

---

²(φ) (2)

где I_o- интенсивность света падающего на кристалл (учет отраженной составляющей отражения производить не будем).

Пластинка из гиротропного материала, помещенная между поляризатором и анализатором вносит дополнительный фазовый сдвиг и затухание. Излучение на выходе пластинки:

I= I_otcos²(φ) (3)

где t – коэффициент пропускания пластинки, φ = φ_о± φ_x, φ_x = ρ l – nπ, ρ – реальная частькомплексного оптического вращения, l – толщина кристалла, n – 0, 1, 2 …, φ_x – фазовое слагаемое, дополнительно сдвигающее плоскость поляризации световой волны к фазовому сдвигу φ_о. Если угол φ_о отсчитывается против часовой стрелки, знак «+» перед обозначает, что кристалл вращает плоскость поляризации света влево, знак «-» - вправо.

3. 
   Как изменяется интенсивность света от толщины кристалла, помещенного между анализатором и поляризатором, при сканировании длины волны?
   

Интенсивность света, проходящего через кристалл между анализатором и поляризатором, может изменяться в зависимости от толщины кристалла и длины волны света. Это связано с явлением интерференции света, которое возникает при прохождении света через кристалл.

Когда свет проходит через кристалл, он испытывает разность фаз между лучами, проходящими через разные слои кристалла, из-за различной скорости распространения света в разных направлениях. Это приводит к интерференции света, которая может быть конструктивной (суммирующей) или деструктивной (вычитающей).

При сканировании длины волны света, если толщина кристалла является кратной половине длины волны, то интерференция будет конструктивной и интенсивность света будет максимальной. Если же толщина кристалла является кратной целой длине волны, то интерференция будет деструктивной и интенсивность света будет минимальной.

Таким образом, при сканировании длины волны света интенсивность света, проходящего через кристалл, будет периодически меняться в зависимости от толщины кристалла и длины волны света. Это явление называется интерференцией света в тонких пленках и широко используется в оптике для измерения толщины тонких пленок и определения оптических свойств материалов

---

4. 
   Каким образом определить лево вращающий кристалл от правовращающего?
   

Левовращающий и правовращающий гиротропные кристаллы отличаются своим поведением в электромагнитном поле. Чтобы определить, какой из них перед вами, можно использовать следующий метод:

1. 
   Возьмите образец кристалла и поместите его между двумя поляризационными фильтрами так, чтобы ось кристалла была параллельна оси пропускания света между фильтрами.
   
2. 
   Подайте на кристалл линейно поляризованный свет. Если кристалл является гиротропным, он изменит поляризацию света и выйдет из второго поляризационного фильтра в виде кругового поляризованного света.
   
3. 
   Определите, в каком направлении вращается круговая поляризация. Если круговая поляризация вращается по часовой стрелке, то кристалл является правовращающим. Если же она вращается против часовой стрелки, то кристалл левовращающий.
   

Таким образом, основной метод определения левовращающего и правовращающего гиротропного кристалла заключается в измерении направления вращения круговой поляризации света, который проходит через кристалл в электромагнитном поле.

5. 
   Какие эффекты называют взаимными, какие невзаимными?
   

Взаимными эффектами называют такие эффекты, при которых два объекта взаимодействуют друг с другом и эффект одного объекта зависит от состояния другого объекта. Примерами взаимных эффектов являются:

• 
  Эффект Комптона: изменение длины волны рассеянного рентгеновского излучения при столкновении с электроном;
  
• 
  Эффект Зеемана: расщепление линий спектра атома во внешнем магнитном поле;
  
• 
  Эффект Штарка: расщепление энергетических уровней атома во внешнем электрическом поле.
  

Невзаимными эффектами называют такие эффекты, которые не зависят от состояния другого объекта. Примерами невзаимных эффектов могут быть:

• 
  Эффект Доплера: изменение частоты электромагнитного излучения при движении источника и наблюдателя относительно друг друга;
  
• 
  Эффект фотоэлектрического действия: выход электрона из металла при поглощении им фотона с достаточной энергией;
  
• 
  Закон Ома: связь между напряжением, силой тока и сопротивлением проводника.
  

---

Взаимные эффекты играют важную роль в физике и имеют широкое применение в различных областях, таких как физика частиц, атомная и молекулярная физика, физика конденсированного состояния и т.д. Невзаимные эффекты также важны для понимания различных явлений в физике и имеют широкое применение в электротехнике, электронике и других областях.

Толщина кристалла CdP2, мкм	Угол поворота поляризационной пластинки, град
168	210
252	163
298	142,5
375	173
406	205
1000	149

Таблица относительного угла поворота поляризационной пластинки в зависимости от толщины кристалла CdP2.

Для изучения явления гиротропии было использовано лазерное излучение и поляризационная пластина, что позволяет определить угол поворота плоскости поляризации света, прошедшего через оптически активный кристалл. Измерения проводились для кристаллов CdP2 различной толщины, что позволяет изучать зависимость явления гиротропии от толщины кристалла.

По результатам измерений была установлена зависимость между толщиной кристалла и углом поворота поляризационной пластины, при котором достигается максимум напряжения на микровольтметре.

Измерения могут быть использованы для определения оптических свойств кристаллов и их толщины, а также для дальнейшего изучения явления гиротропии света на оптически активных кристаллах.

На основе проведенной лабораторной работы можно сделать следующие выводы:

1. 
   Полное гашение света достигается при угле поворота анализатора на 90 или 270 градусов относительно начальной позиции.
   
2. 
   Установление гиротропного кристалла между поляризатором и анализатором приводит к повороту плоскости поляризации света на определенный угол. На кристаллах разной толщины были получены соответствующие значения угла поворота.
   
3. 
   Экспериментальные данные были занесены в таблицы и использованы для определения удельного вращения гиротропного кристалла. Были построены графики зависимости угла поворота от длины волны.
   

---

Таким образом, проведенная работа позволяет изучить явление гиротропии света на оптически активных кристаллах и получить экспериментальные данные для определения зависимости оптических свойств кристалла от его толщины. Эти данные могут быть использованы для более глубокого понимания оптических свойств кристаллов и их применения.

---

Смотрите также файлы

• Вариант 4 ( зачетной книжки заканчивается на 6, 7) Задание 1.docx

• Урока Предмет математика Класс 3 Тема урока Квадратный дециметр Тип урока открытие нового знания.docx

• Брачный договор понятие и содержание.docx

• Сабаты таырыбы М. Шаханов Нарынм зауалы Сабаты масаты Білімділік М. Шахановты мірі мен шыармашылыына тотала отырып, Нарынм зауалы.docx

• Бкіл лемдік музыкалы бадарламаны жасаушы жне оны атасы.docx