Файл: optics_quant_phys_chpi_mgou.docx

1. = I₀cos²0,

   (8.5)

где I₀ - интенсивность света на выходе поляри атора, 0 - угол между плоско-

Рис. 8.8. Принцип работы полутеневого анализ атора:

АА - плоскость поляриз ации анали атора, Р1 и Р2 - плоскости поляри ации двух поляри аторов, 2а -угол между ними

стями поляриз атора и анализ атора.

Поэтому интенсивности света, пропущенного двумя половинами анали- атора, даются выражениями

п

— а 2

п

= /₀ sin² а, 0₁ = — а

/₁ = /₀cos²

(8.6)

J

п ^Л

—+ а 2 у

2

п

2

/₀ sin а, 0₂

1₀cos²

(8.7)

+ а,

2

имеющими равные начения /₁ = /₂ . В окуляре а анали атором обе половины поля зрения будут иметь равную и небольшую (из-з а малости а) освещенность (рис. 8.8а). При повороте анализ атора на угол а его плоскость поляриз ации станет перпендикулярной плоскости одного и поляри аторов, и соответст­вующая половина поля рения станет черной (рис. 8.8 б,в), поэтому метод чув­ствителен даже к небольшим поворотам плоскости колебаний. Оптически ак­тивное вещество, например про рачный сосуд с раствором сахара, помещают на одном из путей света (например, первом) между поляризатором и анализа­тором. Плоскость колебаний светового вектора первого луча повернется на не­большой угол Д0 и составит с плоскостью поляриз ации анализ атора угол

п

1. =0i + Д0 = — а + Д0.

   (8.8)

^{1 1} ₂

Это приведет к начительному относительному и менению освещенности первой половины поля рения

Д/₁ = 2sin а cos аД0 = 2 _ 2

---

Д0.

>> 1,

(8.9)

/₁ sinа tgа1§а

поскольку при малом угле а << 1 множитель перед Д0 в формуле (8.9) велик. Измерение угла вращения Д0 сводится к повороту плоскости анализ атора до ви уального выравнивания яркостей двух половин поля рения. Подобная ме­тодика имеет достаточно высокую чувствительность и применяется при ра - личных исследованиях.

В автоматических фотоэлектрических поляриметрах сопоставление двух интенсивностей осуществляется с помощью поляриз ационной модуляции све­тового потока, попадающего на фотоприемник (фоторезистор, фотоэлемент, см. работу 3.11 или светодиод, см. работу 3.10). Это вызывает переменный фо­тоток, который усиливается, выпрямляется и регистрируется. И мерение угла

производится с помощью компенсирующей схемы. Максимальная пороговая

_7

чувствительность лаз ерных поляриметров порядка 10 град, а при использ ова_ нии внутрирез онансных методов измерений доходит до 5-10_⁹ град. Лаз ерное излучение уже линейно поляризовано и нет надобности в поляриз аторе. В дан_ ной работе используется простейший лаз ерный поляриметр с измерением све_ тового потока с помощью фотосопротивления. При освещении фотосопротив_ ления вследствие внутреннего фотоэффекта (см. работу 3.11) в нем увеличива_ ется число свободных носителей з арядов. В результате сила тока в цепи воз _ растает, а его сопротивление уменьшается.

4. Определение степени поля ризации излучения лазера

Оптические элементы измерительной установки показ аны на рис. 8.9. Источником света является полупроводниковый лаз ер, фотоприемником - фо_ торезистор, подключенный к мультиметру в режиме измерения сопротивления.

Рис. 8.9. Схема измерительной установки (вид сверху):

1 - ла ер, 2 - пластинка и про рачной пластмассы на поворотном столике,

3 - про рачный прямоугольный сосуд с раствором сахара на столике,

4 - вращающийся поляроид со шкалой, 5 - фоторезистор

Для анализа поляриз ации лазерного излучения пластинка из прозрачной пла_ стмассы и про рачный сосуд с раствором сахара со столиков убираются. Включите полупроводниковый ла ер и добейтесь попадания его луча, прошедшего чере по_ ляроид, в приемное окно фоторезистора. Поворачивая поляроид, найдите два ми_ нимальных начения и два максимальных начения сопротивления фоторе истора, разделенные поворотом на прямой угол, результаты внесите в табл. 8.1. Найдите ^ср^едн^{ие значения} < ^R_min >^, < ^R_max >^{и их пог}р^{ешности} A^R_min^, A^R_max.

---

Таблица 8.1

Интенс. света	R	№	Угол 0	R
				1	2	3	< R>	AR
Макс	Мин	1
		2
Мин	Макс	1
		2

Проводимость полупроводникового материала фоторе истора прибли_ женно пропорциональна интенсивности I падающего на него света. Поэтому значение I обратно пропорционально сопротивлению фоторезистора и степень поляри ации и лучения можно найти по формуле

---

р ^max ¹ min V^Rmin V^Rmax ^Rmax ^Rmin (q 1Q)

Ii1V D i V D D _ D ' '

max min / min / max max min

Подсчитайте по формуле (8.10) степень поляриз ации излучения лаз ера.

5. Измерение угла Брюстера

Выполните из мерения в следующем порядке:

1. Установите на поворотный столик оптической скамьи перед лаз ером пластинку из прозрачной пластмассы и поверните так, чтобы луч лаз ера падал на пластинку под малым углом и отражался бы на экран (или стену). Включите лазер. При повороте пластинки не допускайте направление прямого или отра­женного луча ла ера на людей.

2. Медленно поворачивайте столик с пластинкой и увеличивайте угол па­дения луча, при этом следите а интенсивностью отраженного луча на экране. Найдите положение столика, при котором интенсивность отраженного луча минимальна. Запишите три значения угла а.

3. Вычислите среднее з начение (а) и среднее з начения показ ателя пре­ломления материала пластинки (n) _ tg(a). Вычислите погрешность An и представьте результат в виде n _ (n) ± An.

6. Измерение удельной постоянной вращения раствора сахара

1. Снимите со столика пластинку из прозрачной пластмассы и поверните поляроид в положение минимальной интенсивности прошедшего через него света (с максимальным сопротивлением фоторезистора). Согласно формуле (8.9) в этом положении чувствительность к относительному из менению интен­сивности прошедшего света максимальна. Внесите в отчет угловое положение плоскости поляриз ации поляроида 0_Q. Измерьте длину d прямоугольного про-

рачного сосуда.

2. Установите на столик оптической скамьи (см. рис. 8.9) первый про­зрачный прямоугольный стеклянный сосуд с раствором сахара известной кон­центрацией C₁ так, чтобы луч лаз ера проходил вдоль него.

3. Поверните поляроид в положение минимальной интенсивности про­шедшего чере него света и апишите угловое положение плоскости поляри а- ции поляроида 0_V. Из мерение выполните три раз а и найдите среднее значение

---

(0_V) и погрешность A0_V. Определите угол поворота плоскости колебаний све­тового вектора (ф₁) _ (0_V) _0_Q. По формуле (8.4) найдите з начение удельного вращения ([а]) и погрешность А[а]. Представьте результат в виде [а] _ ([а]) ±А[а].

4. Повторите пп. 2,3 со вторым раствором сахара и вестной концентрации C₂ . Нанесите две и меренные точки с погрешностями на плоскость с координа­тами (C, ф) и проведите сглаживающую прямую C _ (^]d) ¹ ф.

5. Повторите пп. 2,3 с раствором сахара неизвестной концентрации С₂. По углу поворота плоскости колебаний светового вектора (ф₂) = (0₂) — 0_О и по формуле (8.4) найдите концентрацию раствора. Представьте результат в виде C2 = <С2 ) ±ЛС2.

5. После з авершения из мерений выключите лаз ер.

7. Работа с компьютерной моделью поляризации света

Запустите компьютерную программу Открытая физика (версия 2.6) часть 2 и откройте в Содержании раздел “ Волновая оптика. 3.11. Поляриз ация света ”. Ознакомьтесь с теоретическим материалом, в его конце щелкните по изображе­нию модели поляриз ации света (рис. 8.10). Выполните з адачи, указ анные пре­подавателем.

Рис.8.10. Компьютерная модель поляриз ации света

Контрольные вопросы

1. Расскажите о линейно поляри ованном свете.

2. Расскажите об анализ е поляриз ованного света и дайте определение степе­ни поляриз ации.

3. Расскажите о поляриз ации света при отражении от диэлектриков и з аконе Брюстера.

4. . Расскажите о круговой и эллиптической поляриз ации света.

5. Расскажите об оптически активных веществах.

6. Расскажите о поляриметрии, полутеневых и фотоэлектрических поляри­метрах.

---