2. Практична частина

2. 1. Опис експериментальної установки

Вимірювання проводились на лабораторному Стокс-поляриметрі, принципова схема якого приведена на рис. 2.1. В якості джерела монохроматичного світла було застосовано оптичний квантовий генератор неперервної дії ЛГН-215 з довжиною хвилі випромінювання λ=632,8 нм. За допомогою освітлювача коліматора 2 вихідний пучок ЛГН-215 діаметром d~2 мм перетворюється в паралельний світловий пучок діаметром D~10 мм і апертурою 2γ’ =10. Поворотні дзеркала 3 з зовнішнім напиленням дозволяють зменшити повздовжні габарити Стокс-гоніометра. Для контрольованого ослаблення застосовано блок нейтральних фільтрів 4 з відомими коефіцієнтами ослаблення. Система поляроїда і чверть хвильової пластинки 5 перетворює лінійно-поляризоване світло ЛГН-215 (1) в циркулярно поляризоване, що забезпечує в ході експерименту світлові пучки з різною формою і азимутом поляризації. Поляризаційний пристрій 6 складається з лінійного поляроїда, який обертається в оправі і забезпечує лінійно-поляризований пучок з необхідним азимутом поляризації, а в комбінації з λ/4 - циркулярно поляризоване випромінювання. Досліджуваний зразок 8 розміщується в круговій оправі на предметному столику в геометричному центрі обертання гоніометричного вузла 7. На поворотному плечі гоніометра розташована приймальна система, яка складається з аналізатора 9 (пластинка λ/4 і поляроїд) і приймача-коліматора 10, який забезпечує прийом оптичного випромінювання в апертурному куті 2γ’=10’ Для прийому слабких потоків розсіяного зразками світла використовується фотоелектронний помножувач ФЭУ-38 (11), який живився від високовольтного блока живлення 14, а вимірювання фотоструму проводилось за допомогою цифрового ампервольтметра В7-21А.

Рис. 2.1. Принципова схема лабораторного Стокс-гоніометра.

Рис. 2.2. Схема розташування зразка.

Весь приймальний пристрій обертається навкруги геометричного центру гоніометричного вузла 7 в горизонтальній площині на 170° з фіксацією через кожні 5°, а в області кутів від 0° до 10° - через кожен 1°. Юстування досліджуваних зразків відносно геометричного центру обертання гоніометра проводилось за допомогою лінійних переміщень предметного столика в трьох взаємо-перпендикулярних площинах, включаючи і вертикальні переміщення. Крім того, на предметному столику для дослідження плоских ізотропно і анізотропно розсіюючих об’єктів, можна розташувати оправу, яка дозволяє міняти просторову орієнтацію об’єкта.

2. 2. Методика вимірювання параметрів Стокса

Для опису процесу розсіювання досліджуваним середовищем світлових пучків з врахуванням виникаючих при цьому поляризаційних ефектів було застосовано вектор-параметричне представлення даних пучків з використанням рівняння переносу в матричному вигляді [23].

Для визначення вектор-параметра Стокса розсіяних світлових пучків проводяться слідуючі шість вимірів:

1. Береться показ цифрового амперметра , пропорційний яскравості світлового пучка, який пройшов крізь лінійний поляроїд, площина пропускання якого паралельна площині розсіювання (горизонтальна площина).

2. Поляроїд обертаємо на 90° (площина пропускання перпендикулярна площині розсіювання) і беремо відлік пропорційний яскравості світлового пучка, що пройшов крізь поляроїд.

Так як відрахунки і величини пропорційні квадратам амплітуд горизонтального і вертикального світлового пучка, то згідно визначення першого і другого параметрів Стокса [8] знаходимо:

, , (2.1)

3. Вихідний пучок пропускаємо крізь поляроїд, площина пропускання якого орієнтована під кутом 45° до площини розсіювання. Відлік пропорційний яскравості, яка визначається добутком вектор-параметра Стокса лінійного поляроїда з азимутом осі пропускання 45° [10]:

(2.2)

тобто в цьому випадку маємо:

(2.3)

4. Беремо відлік , пропорційний яскравості пучка, який пройшов крізь поляроїд, орієнтований під кутом 135° до площини розсіювання. Яскравість пучка в даному випадку визначається:

(2.4)

Таким чином . Після знаходження різниці між і маємо:

, (2.5)

5. Пропускаємо пучок послідовно крізь чверть хвильову пластинку (головна площина орієнтована в площині розсіювання) і поляроїд орієнтований як і в третьому вимірюванні, тоді вектор-параметр Стокса променя що пройшов визначається:

(2.6),

а відлік .

6. Пучок після чверть хвильової пластинки пропускаємо крізь поляроїд, розташований як в четвертому вимірюванні, тоді для пучка що пройшов отримуємо:

(2.7),

і відлік . Різниця

.

Таким чином, виконуючи вказані шість вимірювань величин, пропорційних яскравості світлового пучка, який пройшов крізь систему поляроїд-чвертьхвильової пластинки з певним азимутом їх головних площин, знаходимо значення його чотирьох параметрів Стокса.

Проведений аналіз похибок експерименту показує, що керуючись шириною смуги похибок ± маємо для компонент, які визначають перетворення між лінійними формами поляризації розсіяного і опромінюючого пучків з ймовірністю 99,7% відхилення від дійсних величин не буде перевищувати 0,06, а для взаємоперетворень світлових потоків циркулярної (еліптичної) форм поляризації компонент - 0,09 їх приведених значень.