2. Описание установки

Лабораторная установка (рис. 10) состоит из маломощного непрерывного лазера ((1) - излучатель, (2) – источник питания лазера), стеклянной плоскопараллельной пластины (3) с показателем преломления n=1.5, укрепленной на лимбе, имеющем градусную меру, фотоприемника (4) с цифровым индикатором и блоком питания (5). Показания цифрового индикатора фотоприемника (фототок) пропорциональны интенсивности света, падающего на фотоприемник. Излучение лазера линейно поляризовано. Все оптические элементы размещены на оптической скамье (6).

Рис.10. Схема лабораторной установки

3. Порядок выполнения работы

3.1. Установить оптические элементы, входящие в состав установки, на скамью. Проверить с помощью преподавателя правильное соединение элементов электрической части установки.

Внимание! в установке используется высокое напряжение и лазерное излучение. Приборы включают только инженер или преподаватель!

3.2. После включения приборов убрать стойку с пластиной, съюстировать оптические элементы так, чтобы луч, пройдя все элементы, попадал на фотоприемник (по максимуму фототока). Измерить фототок, соответствующий интенсивности падающей на пластину световой волны. Установить стойку с пластиной на место. Повторить юстировку.

3.3. Перекрыв лазерное излучение возле самого лазера, измерить темновой ток. В дальнейшем из показаний фотоприемника необходимо вычитать это значение.

3.4. Выставить плоскость поляризации излучения лазера перпендикулярно плоскости падения на стеклянную пластину. При необходимости повторить юстировку.

3.5. Снять зависимость фототока от угла падения света на пластину в диапазоне углов от 0 до 80 градусов с шагом 5 градусов. Угол падения устанавливается поворотом лимба. При изменении угла падения на каждом шаге необходимо подъюстировать фотоэлемент (по максимуму фототока). Измерения повторить не менее трёх раз.

3.6. Установить плоскость поляризации излучения параллельно плоскости падения. Повторить пункт 3.5.

3.7. Построить теоретические зависимости энергетических коэффициентов пропускания от угла падения для плоскопараллельной стеклянной пластины по формулам ((54)–(57)) с учетом отражения от двух граней пластины. На этих же графиках построить соответствующие экспериментальные зависимости с учетом статистической обработки результатов с доверительной вероятностью 90%.

3.8. Оценить по экспериментальным зависимостям угол Брюстера и сравнить с рассчитанным значением.

4. Контрольные вопросы и задания

1. Сформулируйте граничные условия для векторов напряжённости электрического и магнитного полей волны.

2. Какие физические факторы определяют значение угла Брюстера?

3. Почему экспериментальная проверка формул Френеля может быть выполнена наиболее эффективно при углах Брюстера?

4. Естественный свет падает на поверхность стекла (n=1.5) под углом Брюстера. Определить степень поляризации преломлённого луча.

5. Найти степень поляризации узкого пучка лучей естественного света при прохождении плоскопараллельной пластины из стекла (n=1.5) если пучок падает на пластину под углом Брюстера.

6. Найти азимуты колебаний в отражённых и преломлённой волнах, если азимут колебаний в падающей волне α₀, а угол падения –Θ₀.

7. На поверхность стекла (n=1.5) под углом 45⁰падает линейно поляризованная волна. Найти коэффициенты отражения и пропускания, если: а) вектор напряжённости электрического поля перпендикулярен плоскости падения; б) колеблется в плоскости падения.

8. Найти область углов падения линейно поляризованной волны из воздуха на поверхность воды (n=1.33), при которой коэффициент отражения больше 0.5. Рассмотреть случаи, когда плоскость поляризации падающей волны совпадает с плоскостью падения, перпендикулярна ей, падающий свет естественный.

9. Из воды (n=1.33) на границу раздела с воздухом под углом 60⁰падает световая волна. Найти критический угол и сдвиги фаз колебаний напряжённости электрического поля φ_┴ и φ_║.

Лабораторная работа