Лабораторная работа 8. Исследование частично поляризованного света

Цели работы:исследование несовершенных поляроидов; определение степени поляризации света.

Общие сведения

Если на вход поляризатора поступает естественный свет с интенсивно-

стью

I₀, то интенсивность света на выходе поляризатора можно представить

суммой двух составляющих

p s

I^(1)0.5I₀_p0.5I₀_sI^(1)I^(1)0.5I_0_p_s, (8.1)

p

где

I⁽¹⁾0.5I

₀_p– интенсивность световой волны, плоскость колебаний ко-

торой параллельна плоскости главного сечения поляризатора;

_pI(1)

_I(0)

p p

–коэффициентпропусканияполяризаторадляволныстакойполяризацией;

s

I⁽¹⁾0.5I₀_s^{– интенсивность световой волны, плоскость колебанийкоторой}

перпендикулярна плоскости главного сечения поляризатора;

_sI(1)

_I(0)–

s s

коэффициент пропускания поляризатора для волны с этой поляризацией.

У идеального поляризатора

_p=1,

_s= 0, поэтому на его выходе свет

линейно поляризован. У реального поляризатора

_p<1,

_s> 0 и свет на его

выходе поляризован лишь частично. Степень поляризации света, прошедше- го через поляризатор, определяют соотношением

I I I

_I(1)_I(1)

 

_Pпол _max min

_p s _p s_

(8.2)

p s

^Iпол^Iест

^Imax^Imin

_I(1)_I(1)

_p_s

Коэффициенты пропускания_p

и_s

поляризатора зависят от длины

волнысвета, поэтому и степень поляризации света также зависит от длины

волны:

PP().

Предположим далее, что выходящий из поляризатора частично поляри- зованный свет проходит через второй такой же поляризатор, главное сечение которого повернуто на угол φ относительно главного сечения первого поля- ризатора. Тогда на входе второго поляризатора интенсивность света, плос- кость колебания которого параллельна плоскости главного сечения второго

поляризатора, будет

I⁽¹⁾cos²I⁽¹⁾sin². Интенсивность света, плоскость

p s

колебаний которого перпендикулярна плоскости главного сечения второго

поляризатора,составляет

I⁽¹⁾sin²I⁽¹⁾cos². Следовательно, на выходе

p s

второго поляризатора будем иметь

p p s p

I^(2)_I^(1)cos2I^(1)sin2_, (8.3)

s p s s

I^(2)_I⁽¹⁾sin^2I^(1)cos2_. (8.4)

Предполагаем далее, что поляризаторы идентичны (их коэффициенты пропускания одинаковы). Из выражений (8.1), (8.3) и (8.4) получаем тогда

p

0

p s p

I⁽²⁾I_ cos²sin^2_ 2,

s

0

p s s

I⁽²⁾I_

sin^2

cos^2_ 2.

Суммарная интенсивность света на выходе второго поляризатора со- ставляет

I^2I_0^2²_cos^22_p_ssin^2_2, (8.5)

p s

она максимальна при φ = 0:

_I(2)

I_²

²_

2, (8.6)

и минимальна при φ =/2:

max 0 p s

I

(2)

min

I₀_p_s. (8.7)

Степень поляризации света, прошедшего через первый поляризатор, в соответствии с выражениями (8.2), (8.6) и (8.7) определяется формулой

 

_I(2)

_I(2)

_1 2

_P^{p s}_max _{min .}

(8.8)

_p_s

_I(2)_I⁽²⁾_

^max min

Значения_p

(8.7):

и_sмогут быть найдены, исходя из выражений (8.6) и

_p ¹ _

(2)

I

max

(2)

• I



min

(2)

I

max

(2)

• I

_,

min

(8.9)

_s ¹ _

I

(2)

max

(2)

• I



min

(2)

I

max

(2)

• I

_.

min

(8.10)

Величина интенсивности падающего естественного света может быть найдена на основе выражений (8.2), (8.6) и (8.7):

_2I(1)²

^I0_I(2)

.

_I(2)

(8.11)

max _min

Экспериментальная установка(рис. 8.1) состоит из источника естест- венного светаS(лампа накаливания), диафрагмыD, линзыL, сменных све- тофильтровС, двух идентичных поляроидов: поляризатораРи анализатораА,фотоэлементаФимикроамперметраРА.Вработеиспользуютсянесовер-

шенные поляроиды (_p< 1,_s0), поэтому свет на выходеполяризатораP

частично поляризован. Интенсивность света за анализаторомAописывается соотношением (8.3). Угол φ между главными сечениями поляризатора и ана- лизатора можно менять вращением анализатора вокруг оси, совпадающей с оптической осью установки.

Рис.8.1. Установка для анализа частично поляризованного света

Сила тока в цепи фотоэлемента пропорциональна интенсивности светаI, падающего на фотоэлемент. Интенсивность света, прошедшего через анали- затор, измеряется в условных единицах (делениях шкалы микроамперметра).