Описание экспериментальной установки

Принципиальная схема установки представлена на рис. 74.2. Луч излучения лазера L с длиной волны падает на монокристалл кварца, выполненный в виде цилиндрического диска G с полированной боковой поверхностью.

Р ис. 74.2

Оптическая ось его параллельна основаниям цилиндра. Этот диск может вращаться вокруг вертикальной оси, образуя различные углы с падающим лучом лазера, отсчитываемые по лимбу столика, на котором он расположен. Существенно, что при любом угле падения здесь падающий луч оказывается в плоскости главного сечения, содержащей нормаль в точке падения луча на диск; толщина монокристалла в направлении распространения луча одинакова и равна диаметру D диска. Падающий луч лазера линейно поляризован; электрический вектор в нем колеблется перпендикулярно лучу в горизонтальной плоскости, совпадающей с плоскостью главного сечения диска при любом его повороте на угол .

При прохождении луча сквозь диск вследствие вращения плоскости поляризации возникают две взаимно перпендикулярных компоненты электрического вектора, для которых оптические пути, проходимые в диске, разные, в соответствии с различием в показателях преломления n_е и n_o.

После диска луч проходит через анализатор А (поляроид), который из каждого из взаимно перпендикулярных компонентов пропускает составляющую в направлении своего пропускания так, что на экране S, расположенном за анализатором А, имеет место интерференция поляризованных лучей. При прохождении узкого пучка лазера сквозь диск G последний фокусирует его как цилиндрическая линза. За фокусом пучок расходится и в сечении его в любой плоскости имеет место прямоугольная полоска. На экране S после анализатора А в результате интерференции поляризованных лучей эта полоска разбивается на систему светлых и темных интерференционных полос.

При вращении диска G вокруг вертикальной оси изменяются угол и значение n_e - n_o, зависящее от . Как следствие, изменяется разность оптических путей между интерферирующими лучами в каждой точке экрана. Это воспринимается как движение интерференционных полос на экране, сопровождающее вращение диска. Можно сосчитать число k интерференционных максимумов, прошедших через центр картины, задаваемый нанесенной на экране меткой С, при повороте диска на некоторый угол . При этом связь между значением , диаметром диска D, длиной волны излучения и числом прошедших полос k определяется формулой , откуда

(74.4)

При поворотах диска G вокруг вертикальной оси на разные углы всегда имеет место нормальное падение луча на диск G и применима формула (74.1) для разности оптических путей при падении луча по нормали к пластине толщиной D.

Порядок выполнения работы

1. Включить лазер в присутствии лаборанта в соответствии с инструкцией, находящейся на рабочем месте.

2. Снять отсчет по лимбу столика с диском G, соответствующий значению = 0, т. е. снять такой отсчет, при котором через метку С на экране проходит центр длинной (нулевой) светлой полосы 1 - 1΄ (рис. 74.3).

Рис. 74.3

Для этого надо сделать отсчеты углов по лимбу, соответствующие прохождению через метку С на экране центров ближайших темных, симметричных относительно нулевой полосы, интерференционных полос N_лев и N_прав. Найти среднее значение углов поворота столика с диском, соответствующее этим отсчетам.

Пример. Отсчет слева 3°50', отсчет справа 356°30', отсюда следует, что отсчет по лимбу,

соответствующий значению = 0, равен:

3. Поворачивая диск на углы , соответствующие прохождению через метку серий по 10 полос, снимать отсчеты N по лимбу для каждой прошедшей серии, т. е. совмещать метки с серединой каждого 10-го максимума. Эти измерения следует провести до значений = 60°. Результаты измерений занести в табл. 74.1.

Таблица 74.1

	k	N	θ =N - N0