2. Описание экспериментальной установки

Простейшая установка для наблюдения вращения плоскости поляризации (см. рис. 11.3) состоит из источника монохроматического света S, поляризатора П, анализатора А и трубки Т с исследуемым раствором (см. так же рис. 11.1).

 Пусть при отсутствии в трубке раствора анализатор А повернут так, что свет полностью гасится (поляризатор и анализатор скрещены). Если трубку Т наполнить раствором оптически активного вещества, то вследствие вращения плоскости поляризации наступит просветление поля зрения. Угол, на который нужно повернуть анализатор для полного затемнения, очевидно, равен углу поворота плоскости поляризации. Величина (11.3) зависит от температуры. Для большинства веществ она уменьшается на 0.1% при повышении температуры на 1⁰С. Кроме того, удельное вращение растворов зависит от длины волны (вращательная дисперсия). Поэтому при освещении белым светом вращение анализатора А ни при каком угле поворота не приводит к полному погашению поля зрения, а лишь изменяет цвет пропускаемых лучей. На практике для получения полного затемнения применяют светофильтры. Следует заметить, что определение угла поворота плоскости поляризации с помощью двух установок на темноту (без активного вещества и с ним) довольно грубо и обычно заменяется специальным устройством - полутеневым анализатором.

В лаборатории физического практикума по оптике используется сахариметр Солейля и поляриметр СМ. В обоих этих приборах используется полутеневой анализатор, принципиально они различаются лишь тем, что сахариметре Солейля сравниваются освещенности двух поляризаторов, наблюдаемых в окуляр, а в поляриметре СМ полукруги имеют одинаковую освещенность и она сравнивается с освещенность полоски, расположенной между ними. Измерение угла поворота плоскости поляризации состоит в том, чтобы сделать освещенности сравниваемых областей одинаковой.

3. Порядок выполнения работы Упражнение 1 Градуировка прибора

Помещая в камеру трубки с сахарным раствором известных концентраций, измерьте уголы поворота плоскости поляризации. Поскольку «одинаковость» освещенностей зависит от особенностей конкретного глаза, то измерения следует проводить не менее трёх раз.

При проведении измерения следует подстраивать резкость окуляра, что связано с зависимостью показателя преломления раствора от его концентрации.

Используя метод наименьших квадратов постройте график зависимости угла поворота плоскости поляризации от концентрации, аппроксимируя зависимость линейной функцией.

Упражнение 2.

Определение концентрации раствора

Измерьте угол поворота плоскости поляризации для раствора с неизвестной концентрацией. Используя график, построенный в упражнении 1, определите концентрацию неизвестного раствора.

Упражнение 3

Определение длины волны неизвестного светофильтра

Для одного из растворов (по указанию преподавателя) измерьте зависимость угла поворота плоскости поляризации от длины волны, изменяя её с помощью светофильтров. Постройте зависимости и . Дайте объяснение полученным результатам.

Контрольные вопросы и задания

1. Какой свет называют линейно поляризованным, эллиптически поляризованным, циркулярно поляризованным?

2. Что такое «плоскость главного сечения» кристалла? Как колеблится относительно нее вектор в волне, которая в кристалле является обыкновенной, необыкновенной?

3. На каком физическом принципе работает призма Николя? Представьте конструкцию и ход лучей в этой призме.

4. Постройте ход лучей в призме Волластона.

5. Почему во время измерений приходится подстраивать резкость окуляра при смене раствора?

6. Из (11.6) следует, что если не зависит от , то . Что можно сказать о зависимости , основываясь на экспериментальных графиках и ?

7. Что произойдет с линейно поляризованной волной при распространении её перпендикулярно оптической оси кристалл, вдоль оси кристалла?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12

ИЗУЧЕНИЕ ВРАЩЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ В

МАГНИТНОМ ПОЛЕ (ЭФФЕКТ ФАРАДЕЯ)

1. Классическая электронная теория эффекта Фарадея.

Феноменология явления Фарадея.

Явление вращения плоскости поляризации света, проходящего через вещество, помещенное в магнитное поле, вектор индукции параллелен вектору волны, имеет большое значение. Благодаря открытию этого явления (Фарадей, 1846 г.) была впервые установлена прямая связь оптических и электромагнитных явлений.

Многие вещества, оптически неактивные в обычных (естественных) условиях (например, вода), обладают способностью вращать плоскость поляризации при наличии магнитного поля. Для наблюдения этого явления можно использовать простейшую схему (см. рис. 12.1). Исследуемое вещество помещают в соленоид С, который находится между двумя скрещенными поляроидами: поляризатором П и анализатором А. При отсутствии внешнего поля в соленоиде С монохроматический пучок света, получаемый с помощью светофильтра F от источника S, не проходит через анализатор А.

В продольном магнитном поле происхолит поворот плоскости поляризации на угол , в результате, волна проходит через анализатор А. В соответствии с законом Малюса:

, (12.1)

где - интенсивность на выходе из анализатора, - поляризатора.

Экспериментально было установлено, что

, (12.2)

где - длина пути света в исследуемом веществе, - проекция магнитной индукции на направление волны, - постоянная Верде, которая зависит от длины волны по закону Био:

. (12.3)

Направление поворота плоскости поляризации зависит от знака в (12.2), то есть эффект Фарадея является нечётным по отношению к (линейный магнитооптический эффект). Изменение знака приводит к изменению знака угла , что используется при  создании однонаправленных оптических вентилей.