Министерство образования и науки Российской Федерации

Дальневосточный федеральный университет

Школа естественных наук

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА.

ЗАКОН МАЛЮСА

Учебно-методическое пособие

к лабораторной работе № 4.03

по дисциплине «Физический практикум»

Владивосток

Дальневосточный федеральный университет
УДК53(о76.5)

ББК 22.343

Э-41

Составители:

О.М. Устинова, Н.Н. Ставнистый, Е.А. Коблова

Э-41	Исследование поляризованного света. Закон Малюса: учебно-методическое пособие к лабораторной работе № 4.12 по дисциплине «Физический практикум»//Дальневосточный федеральный университет, Школа естественных наук [сост. О.М. Устинова, Н.Н. Ставнистый, Е.А. Коблова] – Владивосток: Дальневост. федерал. ун-т, 2014..-17с.
	Пособие, подготовленное на кафедре общей физики Школы естественных наук ДВФУ, содержит краткий теоретический материал по теме «Поляризация света» и инструктаж к выполнению лабораторной работы «Исследование поляризованного света. Закон Малюса» по курсу «Оптика». Для студентов ДВФУ направления «бакалавриат».
	УДК 53(076.5) ББК22.343

© ФГАОУ ВПО «ДВФУ», 2014

Цели данной работы:

а) экспериментальная проверка закона Малюса;

б) определение степени поляризации излучения лазера.
Краткая теория

Электромагнитные волны – это распространяющееся в пространстве переменное электромагнитное поле. В каждой своей точке такое поле характеризуется вектором напряженности электрического поля и вектором индукции магнитного

---

поля, которые изменяются со временем, но направлены всегда перпендикулярно друг другу. Электромагнитные волны поперечны: векторы и поля волны лежат в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны, т.е. к вектору скорости в рассматриваемой точке поля, причем векторы образуют правовинтовую систему. Кроме того, в электромагнитной волне и всегда колеблются в одинаковых фазах (синфазно). Это означает, что векторы и одновременно достигают в одних и тех же точках своего максимального или минимального значения. Электромагнитную волну графически можно представить в виде двух синусоид, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис.1). Одна из синусоид отражает колебания электрического вектора , а другая - магнитного вектора .



Рис. 1

Различают несколько видов электромагнитных волн: радиоволны, световые волны, рентгеновское и γ-излучение. В зависимости от области действия световые волны подразделяют на:

УФ-излучение	????=0,01 0,40 мкм
Излучение видимой области (ВО)	????=0,40 0,76 мкм
ИК-излучеие	????=0,76 1 мм

В дальнейшем нас будет интересовать излучение ВО – так называемый свет. Опыт показывает, что все действия света (фотоэлектрическое, фотохимическое, физиологическое и др.) связаны с вектора

---

, поэтому принято говорить о световом векторе, имея в виду Модуль амплитуды светового вектора будем обозначать буквой А. Изменение во времени и пространстве проекции светового вектора на направление, вдоль которого он колеблется, описывается уравнением Е=Аsin(ωt–kr+ϕ), где k– волновое число, r - расстояние, отсчитываемое вдоль направления распространения световой волны.
Поляризованный свет, его виды и способы получения

Испускаемый каким-либо источником свет, представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы излучают независимо друг от друга. Процесс излучения отдельного атома продолжается 10^-8 с. За это время он переходит из возбужденного в основное состояние, излучая при этом цуг волны - отрезок синусоиды протяженностью примерно 3 м. Излучив, атом через некоторое время, придя в возбужденное состояние, излучает опять и т.д. Одновременно излучают множество атомов. В отдельном цуге колебания вектора происходят вдоль одного направления в пространстве. Причем для разных цугов волн направления колебаний будут разными. Поэтому в результирующей световой волне колебания светового вектора происходят в разных направлениях с равной вероятностью. Это надо понимать так, что при прохождении света через некоторую точку колебания светового вектора быстро и беспорядочно сменяют друг друга. Такой свет называется естественным или неполяризованным. В естественном свете амплитуда колебаний вектора во всех направлениях одинакова. Условно это изображено на рис. 2а, где направление распространения волны перпендикулярно плоскости рисунка.

Световая волна, у которой направление колебаний вектора упорядочены каким-либо образом, называется поляризованной. Если колебания вектора происходят только в одном направлении, перпендикулярном лучу (рис.2 б), то свет называется плоскополяризованным (линейно поляризованным). Плоскость, проходящая через направление колебаний электрического вектора

---

плоско поляризованной волны и направлением распространения этой волны, называется плоскостью поляризации. Свет, в котором представлены колебания вектора всех направлений, но имеется какое-то преимущественное направление (рис.2в), называется частично поляризованным. Если свет представляет собой такую волну, в которой электрический вектор вращается со временем так, что конец его описывает эллипс, то такой свет называется эллиптически поляризованным. Если конец вектора описывает окружность, свет называют поляризованным по кругу.


а)

б)

в)



Рис. 2



Поляризацией света называется выделение ППС из естественного или частично поляризованного света. Для этой цели используются специальные устройства, называемые поляризаторами. Принцип действия поляризаторов может быть основан на явлениях отражения, преломления или поглощения света. Например, у некоторых кристаллов коэффициенты поглощения для двух взаимно перпендикулярно поляризованных волн отличаются настолько сильно, что даже при небольшой толщине кристалла одна из волн практически полностью поглощается. В результате из кристалла выходит плоско поляризованный свет. Зависимость величины поглощения света от его поляризации носит название дихроизма, а соответствующие материалы называются дихроическими. Дихроические пластинки используются для изготовления поляризаторов специального вида - поляроидов.

Поляризатор может быть использован для анализа поляризованного света, т.е. в качестве анализатора. Главной плоскостью (плоскостью пропускания) поляризатора называется плоскость поляризации света, пропускаемого поляризатором (анализатором).

Закон Малюса

Пусть на поляризатор падает естественный свет, интенсивность которого I_ест. Колебания , имеющие амплитуду А, совершающиеся в плоскости, образующей угол ???? с главной плоскостью (ГП) поляризатора, можно разложить на два колебания с амплитудами Апар=Асоs???? и Апер=Аsin???? (на рис. 3 луч перпендикулярен плоскости рисунка).

---

Рис. 3



Первое колебание пройдет через прибор, второе будет задержано. Интенсивность прошедшей волны пропорциональна А²пар=А²соs ² ???? , т.е. равна I_ест ·соs² ????. В естественном свете все значения ???? равновероятны. Поэтому интенсивность света, прошедшего через поляризатор, будет пропорциональна среднему значению соs² ????: = . Следовательно, интенсивность прошедшего поляризованного света не зависит от ориентации поляризатора (т.е. поворота вокруг луча) и равна половине интенсивности падающего естественного света:

I= I_ест (1)

Пусть на анализатор падает плоско поляризованный свет амплитуды А₀ и интенсивности I₀. Сквозь прибор пройдет составляющая колебания с амплитудой А=А₀·соs ????, где ???? – угол между плоскостью колебаний светового вектора падающего света и главной плоскостью поляризатора. Следовательно, интенсивность прошедшего света определяется выражением

I=I₀ ·соs² ???? (2)

Соотношение (2) носит название закона Малюса.

Поставим на пути естественного луча поляризатор и анализатор, главные плоскости которых образуют угол ????. Из первого поляризатора выйдет плоско поляризованный свет, интенсивность которого I₀ составляет половину интенсивности естественного света, т.е. I_ест.. Согласно закону Малюса, из анализатора выйдет свет интенсивности I₀·соs²???? . Таким образом, интенсивность света, прошедшего через поляризатор и анализатор (два поляризатора), равна

I= I_ест ·соs² ????

Максимальная интенсивность равна I_ест, получается при ????=0 (главные плоскости поляризаторов параллельны). При ???? = π/2 интенсивность равна нулю – «скрещенные» поляризаторы свет не пропускают.

В некоторых случаях, поляризатор задерживает колебания, перпендикулярные к его главной плоскости, только частично. Такой поляризатор называют несовершенным. На выходе из несовершенного поляризатора получается свет, в котором колебания одного направления преобладают над колебаниями другого направления – это так называемый частично поляризованный свет. Его можно рассматривать как смесь естественного и плоско поляризованного света.

---

Смотрите также файлы

• Антарктика особенности правового режима.docx

• 2 Содержание лекции Второе начало термодинамики Энтропия Закон возрастания энтропии Энтропия и вероятность Философское значение ii начала термодинамики Теорема Нернста. Третье начало термодинамики.pdf

• 1. Хирургическая анатомия и физиология печени, внепеченочной билиарной системе. Обмен билирубина. Хирургическая анатомия печени.docx

• Лабораторная работа 4 Исследование резонансных явлений в последовательной rlc цепи.docx

• Принципы гражданского права Аннотация. Актуальность исследования.docx