ИЗУЧЕНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА

 

Цель: знакомство с основными свойствами поляризованного света.

 

Введение

 

Характер поляризации световой волны может быть изменен и проанализирован различными способами. Подробно этот вопрос рассмотрен в § 8 разд.1. Напомним кратко способы получения и основные свойства поляризованного света.

А. Поляризованный свет может быть получен непосредственно от источника, в котором процессы испускания волн отдельными элементарными излучателями согласованы между собой, например от лазера. В данной работе используется гелий-неоновый лазер, излучение которого плоскополяризовано.

Б. Плоскополяризованный свет можно получить из естественного, пропуская его через поляризатор — прибор, выделяющий световые волны, в которых вектор  колеблется параллельно определенной плоскости, которую называют плоскостью поляризации (§ 2 разд.1). Колебания, перпендикулярные этой плоскости, полностью задерживаются. Если падающая на поляризатор волна плоскополяризована под углом j к плоскости поляризатора П (рис.1; свет распространяется перпендикулярно рисунку), то через поляризатор проходит волна с амплитудой . Поскольку интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды, интенсивность после поляризатора  (закон Малюса, см. § 8 разд.1 формула (1.44)).

В. Преобразование естественного света в поляризованный происходит также при отражении его от поверхности диэлектрика.

Пучок естественного света, падающий на поверхность диэлектрика, удобно представлять как два пространственно совмещенных пучка, имеющих взаимно ортогональные плоскости поляризации, одна из которых совпадает с плоскостью падения ( ), а вторая — перпендикулярна ей ( ) (рис.2). Колебания в этих пучках некогерентны. Из формул Френеля (1.24), (1.25) для отражения и преломления света на поверхности диэлектрика следует, что при отражении пучка естественного света от поверхности диэлектрика в отраженной волне преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения —  и, таким образом, свет частично поляризован. В частности, при падении света на пластину под углом Брюстера, который определяется из условия , в отраженном свете практически отсутствует волна, поляризованная в плоскости падения (см. рис.2).

 

 

Рис.2

 

Г. Характер поляризации света можно изменить, пропуская пучок через кристаллическую пластинку.

При падении на прозрачный кристалл узкого пучка света происходит его расщепление внутри кристалла на два пучка (двойное лучепреломление), один из которых подчиняется обычному закону преломления с показателем преломления n₀ (обыкновенный луч), а другой преломляется по сложному закону с показателем n_e, зависящим от угла падения и ориентации кристаллических осей (необыкновенный луч). Лучи полностью плоскополяризованы во взаимно ортогональных направлениях, причем в необыкновенном луче вектор  колеблется в плоскости, содержащей луч и оптическую ось кристалла, имеющееся в каждом кристалле направление, для которого n_e = n₀ (см. § 8 разд.1).

Особый практический интерес представляет случай, когда волна распространяется в направлении, перпендикулярном оси кристалла, и не происходит пространственного разделения обыкновенного и необыкновенного лучей. Изготовим пластинку из кристалла толщиной d так, чтобы ее грани были параллельны оптической оси ОО₁ (рис.3), и направим на нее плоскополяризованный свет, плоскость колебаний в котором составляет угол j = 45° с осью ОО₁.

Как известно (см. § 8 разд.1), такая пластина создает разность хода для двух взаимно перпендикулярных поляризаций . В области за пластинкой будут складываться два ортогональных колебания одинаковой амплитуды, сдвинутые по фазе на  (см. формулу (1.47)).

Если d = — пластинка в четверть волны, которая преобразует плоскополяризованный свет в свет с круговой поляризацией.

Если d = — пластинка в полволны, которая поворачивает плоскость поляризации падающей волны на угол 2j = 90°.

 

Описание установки

 

Лабораторная установка (рис.4) собрана на прямолинейной оптической скамье и включает в себя следующие элементы: ЛЗ — лазер (источник плоскополяризованного света); Д — держатель оптических элементов; С — поворотный столик с отсчетным лимбом для установки отражающих и преломляющих элементов; ФП — фотоприемник, на входном столике которого установлен поляризатор П, плоскость которого отмечена риской; сигнал с фотоприемника регистрируется вольтметром переменного тока (не показан); М — модулятор светового потока, модуляция потока по амплитуде позволяет исключить влияние засветки фотоприемника посторонним светом; Л — расширительная линза, обеспечивающая равномерное освещение фотоприемника (может отсутствовать); СФ — держатель со светофильтрами (бывают нужны для ослабления сигнала, чтобы не вывести из строя фотоприемник); Н — круговая направляющая (на рисунке показана в разрезе) для углового перемещения установки вокруг оси . При подготовке к лабораторной работе ознакомьтесь с пп.1 – 3 «Методических рекомендаций».

 

Рис.4

 

Задание 1

 

Проверка закона Малюса

 

1. Включите вольтметр, дайте ему прогреться 2 – 3 мин. Включите лазер и блок питания модулятора М. Установите фотоприемник ФП в прямой лазерный пучок так, чтобы входное окно было равномерно освещено. Проверить это можно с помощью зеркала, укрепленного на задней стенке установки. Выберите предел измерения вольтметра.

2. Вращая поляризатор П, убедитесь, что уровень сигнала зависит от положения плоскости поляризатора. Максимальному сигналу, очевидно, соответствует параллельное расположение плоскости колебаний в лазерном пучке и плоскости поляризатора, а минимальному — перпендикулярное.

3. Проведите измерение зависимости интенсивности прошедшего света от угла поворота поляризатора П. При измерениях следите за тем, чтобы световой поток не насыщал фотоприемник — уровень сигнала с ФП не должен превышать . Для ограничения светового потока используйте сменные светофильтры, устанавливаемые в держателе СФ. Результаты измерений занесите в табл.1.

 

Таблица 1

 

j, град	0	5	10	...
U, мВ
cos2j
U(j)/U(0)

 

4. По результатам измерений постройте график зависимости /I(0) = U(j)/U(0). Целесообразно по оси абсцисс откладывать величину , чтобы график имел вид прямой.

 

Задание 2

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: