Vorobyev_Volnovaya_optika_Polyarizatsia
.pdf
Примечание: Если температура окружающей среды отличается от (20 ± 3)°С, то для обеспечения измерения с погрешностью ±0,04° необходимо учитывать зависимость угла вращения плоскости поляризации от температуры. Эта зависимость различна для различных веществ и может быть определена опытным путем.
Положение лимба и поле зрения после ввода кюветы, наполненной раствором, и вторичной установки окуляра на резкость изображения линии раздела полей сравнения
Рис. 9 Положение лимба и поле зрения при установке анализатора на равную
яркость полей сравнения в чувствительном положении с кюветой, наполненной раствором.
Рис. 10
71
ПРИЛОЖЕНИЕ 3.
ЛАБОРАТОРНЫЙ КОМПЛЕКС ЛКО–5 "ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА"
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
1. НАЗНАЧЕНИЕ
Лабораторный комплекс по оптике ЛКО-5 предназначен для постановки лабораторных работ по оптике в физическом практикуме вузов, колледжей, лицеев и школ. Позволяет изучать закономерности поляризации света, а также их применение к решению измерительных задач.
Комплекс ЛКО-5 обеспечивает постановку лабораторных работ по темам базового каталога, отмеченным знаком +. Совместно с модулем расширения МРО-1 реализует работы по интерферометрии (темы 17,19-22).
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА
1. Измерение преломляющих углов клина и (или) призмы. |
+ |
2.Измерение показателей преломления твердых тел.
3.Измерение показателей преломления жидкостей.
4.Фокусные расстояния и увеличения линз.
5.Моделирование проекционного микроскопа.
6.Визуализация и анализ стоячей ультразвуковой волны.
ФОТОМЕТРИЯ
7.Расходимость пучка и сила света лазера.
8.Интенсивность в сферической волне.
9.Преобразование силы света линзами.
10.Закон Бугера. Показатель поглощения раствора.
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ
11.Опыт Юнга. Закономерности интерференции
12.Бипризма Френеля. Измерение длины волны света
13.Кольца Ньютона. Измерение кривизны поверхности
14.Интерференция при отражении от пластины
15.Полосы равного наклона
16.Интерференция частично когерентного света:
16-А. Оценка длины когерентности по числу полос. 16-Б. Определение предельного размера источника.
16-В. Опенка радиуса когерентности с помощь опыта Юнга.
72
16.Г. Локализация полос интерференции.
ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ
17.Изучение интерферометра Майкельсона или Маха-Цендера.
18.Оценка длины когерентности излучения лазера.
19.Оценка радиуса когерентности излучения лазера.
20.Измерение малых деформаций и модуля Юнга.
21.Измерение показателей преломления пластин.
22.Измерение показателя преломления воздуха.
ДИФРАКЦИЯ
23.Закономерности дифракции. Пределы геом. оптики.
24.Дифракция на крае экрана.
25.Дифракция Френеля на различных препятствиях.
26.Дифракция Фраунгофера на различных препятствиях.
27.Разрешающая способность линзы.
28.Одномерные и двумерные дифракционные решетки.
29.Измерение длины волны света в веществе.
30.Дифракция света на ультразвуке.
|
ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА |
|
28. |
Поляризатор и анализатор. Закон Малюса |
+ |
29. |
Угол Брюстера. Измерение показателей преломления |
+ |
30. |
Эллиптическая поляризация |
+ |
31. |
Искусственная оптическая анизотропия (фотоупругость) |
|
32. |
Естественное вращение плоскости поляризации |
+ |
33. |
Магнитное вращение плоскости поляризации |
|
ДИСПЕРСИЯ. СПЕКТРАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
34.Дисперсия стеклянной призмы
35.Спектральные параметры дифракционной решетки
36.Интерферометр Фабри-Перо
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Источники излучения: |
|
1. Полупроводниковый лазер |
|
длина волны |
0,65 - 0,68 мкм |
мощность излучения |
2-5 мВт |
Напряжение питания комплекса |
220 В, 50 Гц |
Потребляемая мощность |
10 Вт |
Габаритные размеры |
0.56×0,24×0,36 м |
Масса комплекта |
15 кг |
73
3. СОСТАВ ИЗДЕЛИЯ
Комплексы ЛКО-5 содержат три уровня организации, отвечающих методической целесообразности, и выделенных конструктивно:
-оптическая база, обеспечивающая создание и разводку оптического излучения, размещение функциональных модулей на оптической оси установки с перемещением вдоль оптической оси, размещение вспомогательных и неиспользуемых узлов, электропитание;
-набор функциональных модулей, обеспечивающий необходимые преобразования лазерного пучка, регистрацию излучения, установку и перемещение исследуемых объектов в пучке излучения;
-набор изучаемых объектов, обеспечивающий наблюдение и изучение оптических явлений.
|
|
|
|
|
СОСТАВ КОМПЛЕКСА ЛКО - 5 |
|
Поз. НАИМЕНОВАНИЕ |
Количество |
|||||
1. |
Каркас |
|
|
|
|
1 |
2. |
Регулятор тока. |
1 |
||||
3. |
Оптическая скамья (рельс) |
1 |
||||
4. |
Блок питания выносной, 12 В, 5 А |
1 |
||||
5. |
|
|
|
излучатель лазерный = 650 нм, Р= 2 мВт |
|
|
6. |
Модуль 1 |
- |
|
1 |
||
7. |
Модуль 2 |
- |
|
микропроектор (f=+15мм) |
- |
|
8. |
Модуль 3 - |
|
микропроектор сканирующий (f=+15мм) |
- |
||
9. |
Модуль 4 |
- |
фоторегистратор цифровой |
- |
||
10. |
Модуль 5 |
- |
|
конденсор (f=+40мм) с экраном |
- |
|
11. |
Модуль 6 |
- |
|
объектив (f=+100мм) |
- |
|
12. |
Модуль 7 |
- |
|
отражатель с полупрозрачным зеркалом |
- |
|
13. |
Модуль 8 |
- |
|
кассета в двухкоординатном держателе |
- |
|
14. |
Модуль 10 - |
|
кассета в поворотном держателе |
1 |
||
15. |
Модуль 12 - |
|
поляризатор с нониусом |
1 |
||
16. |
Модуль 13 - |
|
стол поворотный |
1 |
||
17. |
Модуль 21 - фонарь белый |
- |
||||
18. |
|
|
|
|
|
|
19. |
Модуль 29 - |
окуляр-микрометр с держателем |
- |
|||
20. |
Модуль 32 |
- |
"Фотоупругость" - |
- |
||
21. |
Мультиметр - тип М830В на кронштейне |
1 |
||||
22. |
Кассета для объектов |
1 |
||||
23. |
Набор объектов |
1 |
||||
24. |
Комплект ЗИП |
1 |
||||
25. |
Паспорт и техническое описание |
1 |
||||
26. |
Учебное пособие "Модульный оптический практикум" |
1 |
||||
74
НАБОР ОБЪЕКТОВ
Набор объектов включает оптические элементы, установленные в прямоугольных экранах, на которых нанесен номер объекта. Некоторые объекты (кюветы) используются без экранов.
Номер |
Содержание |
Количество |
|
||
объекта |
|
|
|
|
|
1. Шкала прямоугольная 1.00 мм |
|
- |
|||
4. |
Пластина стекл. плоскопаралл., |
толщина ________ мм |
- |
||
5. |
Пластина стекл. плоскопаралл., |
толщина ________ мм |
- |
||
6. |
Пластина пластмассовая, толщина 4,3 мм |
1 |
|||
7. |
Клин стеклянный, угол = _______ градусов |
- |
|||
8. |
Призма крон 60° |
|
- |
||
9. |
Призма флинт 60 |
|
1 |
||
11. |
Бипризма |
|
|
- |
|
12. |
Линза f = + (300 - 500) мм |
|
- |
||
13. |
Линза f = +(25-30)мм |
|
- |
||
14. |
Линза f = -(100-150)мм |
|
- |
||
15. |
Диск 2.0 мм |
|
- |
||
16. |
Зонная пластинка |
|
- |
||
17. |
Сложная фигура |
|
- |
||
18. |
Круглое отверстие |
1,0 мм |
- |
||
19. |
Круглое отверстие |
2.0 мм |
- |
||
20. |
Квадратное отверстие |
2х2 мм |
- |
||
21. |
Прямоугольное отверстие 1х2 мм |
- |
|||
22. |
Треугольное отверстие |
|
- |
||
23. |
Щель 0,5 мм |
|
- |
||
24. |
Щель 1,0 мм |
|
- |
||
25. |
Щель раздвижная |
|
- |
||
25М. |
Щель раздвижная микрометрическая |
- |
|||
26. |
Диафрагма 0,5-5 мм |
|
- |
||
27. |
Две щели, шаг d = 1,0 мм |
|
- |
||
28. |
Две щели, |
шаг d = 2,0 мм |
|
- |
|
29. |
Три щели, |
шаг d =1,0 мм |
|
- |
|
30 |
Четыре щели шаг d = 1,0 мм |
|
- |
||
31. |
Решетка линейная, шаг d= 0,3 мм |
- |
|||
32. |
Решетка линейная, шагd =0,6 мм |
- |
|||
33. |
Решетка квадратная |
|
- |
||
34. |
Решетка прямоугольная |
|
- |
||
35. |
Решетка косоугольная |
|
- |
||
36. |
Решетка хаотическая |
|
- |
||
37 |
|
Поляризатор |
|
1 |
|
38. |
Фотодатчик диодный |
|
1 |
||
75
39. |
Кристаллическая пластина (слюда) |
- |
40. |
Кристаллическая пластина 2. |
- |
41. |
Кристаллическая пластина 4 |
- |
42. |
Линза-насадка (f = -100 мм) |
1 |
43. |
Кювета 120 мм для газов (в составе модуля 14) |
- |
44. |
Кювета 120 мм для жидкостей |
2 |
45. |
Свободный экран |
1 |
46. |
"Кольца Ньютона" |
- |
47. |
Матовое стекло |
- |
48. |
Кювета 10 мм |
- |
49. |
Кювета 20 мм |
- |
50. |
|
|
51. |
Брусок стеклянный (в сост. мод. 32 "Фотоупругость") |
- |
4. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ
Общий вид установки ЛКО-5 приведен на рис.1. Обозначения позиций на рисунке соответствуют номерам элементов установки в перечне состава изделия (стр.3).
Рис.1. Лабораторный оптический комплекс ЛКО-5
ОПТИЧЕСКАЯ БАЗА
Каркас установки состоит из двух боковин 1.1, стянутых оптической скамьей 3, плитой-основанием и задней стенкой.
Вдоль каркаса размещена оптическая скамья 3, состоящая из двух рельс. Оптическая ось установки расположена симметрично относительно оптической скамьи на высоте 45 мм от верхнего края рельс.
76
Излучатель 6 (лазер в держателе с 5 степенями свободы) установлен на оптической оси установки над оптической скамьей.
Под оптической скамьей расположен регулятор тока (поз.2 на рис.1). На боковой стенке регулятора находятся два разъема СГ-5. К одному из них (любому) подключается блок питания навесной, к другому - полупроводниковый лазер, фоторегистратор ИСФ-1 или иные приборы. Назначение контактов разъемов:
1- свободный
2- общий
3- питание +12 В и питание лазера ("плюс")
4- питание лазера ("минус")
5- свободный
На передней панели регулятора размещен реостат и два гнезда питания фонарей с указанием полярности. Реостат регулирует ток лазера в пределах 0-80 мА и ток питания фонарей, при этом максимуму тока лазера отвечает минимум тока подключенного фонаря.
На задней стенке и на боковых стенках каркаса размещен белый экран. Схема излучателя (рис.2) приведена на рис.3.
Рис. 2. Излучатель с линзой-насадкой на оптической скамье
Лазер, смонтированный со схемой стабилизации тока в оправе 5 вставлен в трубу 7, закрепленную подвижно в корпусе 3. Корпус установлен на двух стойках 11. Двумя передними винтами 6 и двумя задними винтами 2 лазер можно перемещать относительно корпуса, подбирая нужное положение и направление пучка излучения. Поляризация излучения - линейная. Плоскость колебаний вектора E параллельна оси рукоятки 4, с помощью которой лазер поворачивается вокруг оптической оси.
77
Рис. 3. Схема излучателя
Насадка 9 с рассеивающей линзой 10 (объект 42) позволяет получить расходящийся пучок излучения. Насадка крепится на трубе излучателя винтом 8. Питание подается через разъем 1.
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МОДУЛИ
Функциональные модули размещены в держателях и установлены на рейтерах. Рейтеры обеспечивают установку модулей на оптической скамье и перемещение модулей вдоль оптической скамьи. Держатели обеспечивают котировочные перемещения модулей. Номера модулей нанесены на их корпусах.
Поворотный держатель (рис.4) состоит из корпуса 1 и обоймы 2, соединенной с круговой шкалой 3.
Поворот обоймы вокруг оси О-О производится рукояткой 4. Отсчет угловых координат производится по основной шкале 3 (цена деления 2°) и нониусу 5 (цена деления 0,50).
78
Рис. 4. Поворотный держатель
Рычаг 6 поворачивают до совпадения его горизонтальной риски с одним из делений основной шкалы и снимают отсчет по основной шкале. К полученному значению прибавляют отсчет по нониусу. Таким методом можно снимать отсчеты с разрешением 0,1 при погрешности порядка 0,2°. Углы поворота определяют как разности угловых координат.
Для введения модуля в оптическую схему следует поставить соответствующий рейтер на оптическую скамью. При необходимости рейтер может быть закреплен на оптической скамье винтом.
МОДУЛЬ 10 (рис.5) содержит кассету, а МОДУЛЬ 12 (рис.6) - поляризатор, которые могут поворачиваться вокруг оптической оси установки. Плоскость поляризатора (т.е. плоскость колебаний вектора E излучения, прошедшего через поляризатор) установлена параллельно направлению рукоятки I шкалы поворотного держателя.
Рис. 5. Кассета
79
МОДУЛЬ 13 (стол поворотный, рис. 7) предназначен для установки объектов с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, а также для отсчета угловых координат и углов поворота.
Рис. 7. Стол поворотный
Поворот стола производится ручкой 1. Отсчет угловых координат производится по основной шкале 2 (цена деления 2°) и нониусу 3 (цена деления 0,20) Рычаг 4 поворачивают до совпадения его вертикальной риски с одним из делений основной шкалы и снимают отсчет по основной шкале. К полученному значению прибавляют отсчет по нониусу. Таким методом можно снимать отсчеты с разрешением 0,10 при погрешности порядка 0,2°. Углы поворота определяют как разности угловых координат.
Объекты вставляют в кронштейны 5. Винтом 6 регулируют наклон платформы стола и установленного на столе объекта.
БЛОК ПИТАНИЯ ВЫНОСНОЙ (рис.8) обеспечивает постоянное стабилизированное напряжение 12 В при токе нагрузки до 0,5 А
Рис. 8. Блок питания выносной
80