6. Исследование поляризованного света
.doc
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Санкт-Петербургский горный университет
|
|
|
Кафедра общей и технической физики |
|
|
|
Лабораторная работа № 3 |
|
По дисциплине: |
|
Физика |
|
|
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану) |
|
Тема: Исследование поляризованного света
Санкт-Петербург
2019
Цель работы: исследовать поляризацию света.
Краткое теоретическое содержание
Лазер - это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.
Поляризация - характеристика поперечных волн, описывающая поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
Для электромагнитных волн поляризация — явление направленного колебания векторов напряжённости электрического поля E или напряжённости магнитного поля H.
В продольной волне поляризация возникнуть не может, так как направление колебаний в волнах этого типа всегда совпадает с направлением распространения.
Излучение лазера 1 проходит через поляризатор 2 , анализатор 4 и попадает на фотодетектор 5. Фототок, пропорциональный интенсивности света, прошедшего через анализатор, измеряется микроамперметром 6, включённым в режиме измерения тока. В оптический канал может вводиться четвертьволновая пластина 3.
1 2 3 4 5 6
Полупроводниковый лазер находится в цилиндрическом кожухе, укреплённом на стойке.
Поляризатор (2) размещается в полукруглом держателе на стойке. Анализатор (4) укреплён в поворотном элементе со шкалой для отсчёта угла в градусах и зубчатым колесом, облегчающим вращение. Четвертьволновая пластина смонтирована в круглой оправе с нанесённой по ободу шкалой по углу.
Основные расчётные формулы.
Р = (Imax - Imin)/ ( Imax + Imin)
=
Р - степень поляризации.
I – сила фототока.
- отношение полуосей эллипса
поляризации.
Задание 1. Исследование поляризации лазерного излучения.
Излучение лазера, как правило, поляризовано. Поэтому необходимо проверить, есть ли поляризация, и если есть, то, какого типа.
Поворачивая анализатор вокруг горизонтальной оси и наблюдая за табло измерительного прибора, можно сделать вывод, что, излучение лазера линейно–поляризовано, т.к. фототок принимал максимальные значения и значения, близкие к нулю.
|
φ, градус |
I, мкА |
|
0 |
28 |
|
10 |
29 |
|
20 |
28,5 |
|
30 |
27 |
|
40 |
25 |
|
50 |
21 |
|
60 |
16 |
|
70 |
11,5 |
|
80 |
7 |
|
90 |
3 |
|
100 |
1,5 |
|
110 |
2,5 |
|
120 |
6,5 |
|
130 |
11,5 |
|
140 |
17 |
|
150 |
22 |
|
160 |
26 |
|
170 |
29,5 |
|
180 |
32 |
Зависимость I=f(φ)
Задание 2. Изучение закона Малюса.
«Ноль» на шкале поворотного элемента, в котором закреплён анализатор, не совмещен с положением оптической оси анализатора. Поэтому, согласно закону Малюса, следует принять за «0 » значение экспериментального угла поворота, при котором фототок максимален, т.е 180 градусов.
|
φ, град |
I, мкА |
I / I0 |
Cos2φ |
|
0 |
32 |
1 |
1 |
|
10 |
32 |
0,96 |
0,96 |
|
20 |
32 |
0,88 |
0,88 |
|
30 |
31 |
0,76 |
0,76 |
|
40 |
27 |
0,59 |
0,59 |
|
50 |
23 |
0,41 |
0,41 |
|
60 |
17 |
0,25 |
0,25 |
|
70 |
12 |
0,12 |
0,12 |
|
80 |
6,5 |
0,03 |
0,03 |
|
90 |
2,5 |
0 |
0 |
|
100 |
1 |
0,03 |
0,03 |
|
110 |
2,5 |
0,12 |
0,12 |
|
120 |
6 |
0,25 |
0,25 |
|
130 |
11 |
0,41 |
0,41 |
|
140 |
16 |
0,59 |
0,59 |
|
150 |
21 |
0,76 |
0,76 |
|
160 |
26 |
0,88 |
0,88 |
|
170 |
28 |
0,96 |
0,96 |
|
180 |
29 |
1 |
1 |
График функции f(cos2φ)=I/I0
Степень поляризации Р находим по формуле Р = (Imax - Imin)/ ( Imax + Imin):
P=(32-1,5)/( 32+1,5) = 0,9
На графике видно, что зависимость между углом φ и отношением интенсивности падающего излучения линейная, следовательно, выполняется закон Малюса.
Задание 3. Изучение эллиптической поляризации.
Внедрим в оптический канал четвертьволновую пластину 2.
|
φ, градус |
I, мкА |
|
0 |
17 |
|
20 |
16,5 |
|
40 |
16 |
|
60 |
15,5 |
|
80 |
16 |
|
100 |
18 |
|
120 |
19 |
|
140 |
19 |
|
160 |
19 |
|
180 |
19 |
|
200 |
18 |
|
220 |
18 |
|
240 |
17 |
|
260 |
16 |
|
280 |
17 |
|
300 |
22 |
|
320 |
26 |
|
340 |
29,5 |
|
360 |
32 |
Зависимость I=f(φ)
Отношение полуосей эллипса поляризации:
=
=
= 0,9
Задание 4. Исследование круговой поляризации.
|
φ, град |
Imin, мкА |
Imax, мкА |
|
0 |
4 |
30 |
|
10 |
7 |
26 |
|
20 |
13 |
22 |
|
30 |
15 |
19 |
|
40 |
10 |
22 |
|
50 |
6 |
26 |
|
60 |
3 |
28 |
|
70 |
2 |
29 |
|
80 |
1 |
29 |
|
90 |
4 |
27 |
|
100 |
8 |
23 |
|
110 |
12 |
20 |
|
120 |
16 |
17 |
|
130 |
11,5 |
20,5 |
|
140 |
7 |
24 |
|
150 |
3 |
28 |
|
160 |
2 |
30 |
|
170 |
2 |
28 |
|
180 |
3,5 |
28 |
|
190 |
7 |
24 |
|
200 |
12 |
23 |
|
210 |
14 |
18 |
|
220 |
11 |
24 |
|
230 |
7 |
24 |
|
240 |
4 |
27,5 |
|
250 |
3 |
28,5 |
|
260 |
1,5 |
30,5 |
|
270 |
6 |
28 |
|
280 |
8 |
23 |
|
290 |
12 |
23 |
|
300 |
16 |
18 |
|
310 |
12 |
22 |
|
320 |
8 |
26 |
|
330 |
4 |
28 |
|
340 |
2 |
28,5 |
|
350 |
4 |
27 |
|
360 |
6 |
26 |
Положение, при котором изменение интенсивности от Imax до Imin наименьшее равняется приблизительно углу в 1200 четвертичной пластины. Это положение соответствует углу 450 между плоскостью поляризации излучения и оптической осью четвертьволновой пластины – круговая поляризация.
Зафиксировав четвертичную пластину в положении 1200 , проведем очередные измерения, в результате которых убеждаемся, что поляризация круговая.
|
φ, градус |
I, мкА |
|
0 |
17,5 |
|
20 |
17,5 |
|
40 |
17,5 |
|
60 |
17,5 |
|
80 |
16,5 |
|
100 |
17 |
|
120 |
16,5 |
|
140 |
17 |
|
160 |
17 |
|
180 |
16,5 |
|
200 |
16 |
|
220 |
16,5 |
|
240 |
16,5 |
|
260 |
16,5 |
|
280 |
17 |
|
300 |
17,5 |
|
320 |
17 |
|
340 |
17,5 |
|
360 |
17,5 |
Зависимость I=f(φ)
Вывод: В данном опыте была определена круговая и эллиптическая поляризация, проверена правильность закона Малюса, построен график зависимости f(cos2φ)=I/I0 и изучено явление поляризации света.