lab_opt / Лаб раб № 104

УДК 53

Составитель Л.П. Петрова

Рецензент Кандидат физико-математических наук, доцент В.М. Пауков

Измерение показателя преломления по углу Брюстера

[Текст]: методические указания по выполнению лабораторной работы по оптике № 104 для студентов инженерно-технических специальностей / Курск. гос. техн. ун-т; сост.: Л.П. Петрова. Курск, 2008. 7 с., ил. 3. Библиогр.: с.7.

Содержат сведения по измерению показателя преломления пластины при помощи угла Брюстера.

Предназначены для студентов инженерно-технических специальностей дневной и заочной форм обучения.

Текст печатается в авторской редакции

Подписано в печать . Формат 60×84 1/16. Усл.печ.л. 3,13. Уч.-изд.л. 3,37. Тираж 100 экз. Заказ. Бесплатно. Курский государственный технический университет. Издательско-полиграфический центр Курского государственного технического университета. 305040 Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

3

Цель работы: ознакомиться с устройством интерферометра Маха-Цендера, определить показатель преломления различных материалов по углу Брюстера.

Принадлежности: полупроводниковый лазер, излучающий в видимом диапазоне длин волн, с λ = 650 нм; опорная плита с экраном; интерферометр Маха-Цендера; поляризатор; съемный экран; набор объектов.

Описание установки

В работе используется интерферометр Маха-Цендера. Он состоит из четырех зеркал: полупрозрачных B и С, а также глухих А и D. Входящий световой пучок расщепляется полупрозрачным зеркалом В на два пучка равной интенсивности, которые

после отражения сводятся вместе вторым полупрозрачным зеркалом С. На выходе имеются две плоские световые волны, распространяющиеся в близких направлениях. Если зеркала установлены так, что выходящие пучки параллельны, то может случиться, что эти две волны находятся в противофазе. Тогда результирующая интенсивность будет равна нулю. При этом вся энергия будет уноситься идущим вверх пучком.

Обычно выходящие пучки не абсолютно параллельны, и наблюдается интерференционная картина в виде системы из параллельных полос. Диаметр пучков мал (менее 1 мм), и наблюдать картину невооруженным глазом невозможно. Для увеличения размеров интерференционной картины на пути двух пучков помещают рассеивающую или собирающую линзу с

4

малым фокусным расстоянием. Тогда на экране получается интерференционная картина приемлемых размеров.

Ниже показано устройство интерферометра. Основание 1 устанавливается на подставку на опорах 2. На основании находятся кронштейны 3 для зеркал интерферометра и поворотный

столик 4. Зеркала А и D – глухие, зеркала В и С – полупрозрачные. Все зеркала установлены в двухосевых держателях, обеспечивающих юстировку прибора. Расстояния между центрами зеркал: L = 250 мм; h = 80 мм. На выходе излучения из интерферометра установлена рассеивающая линза 5 на подвижном кронштейне, позволяющем вводить линзу в пучок излучения и подбирать ее положение. Призма полного отражения 6 обеспечивает наблюдение интерференционной картины на горизонтальном экране 7.

В комплексе интерферометра имеется съемный экран, который позволяет наблюдать излучение, отраженное от пластин установленных на столике интерферометра.

Интерферометр устанавливают на оптическую скамью, включают лазер и убеждаются в том, что пучки излучения проходят через окна зеркал, не задевая их оправ. Если интерференционная картина не наблюдается, ослабляют винт крепления кронштейна с линзой, поворотом кронштейна удаляют линзу из

5

пучка излучения, затем проводят настройку зеркал интерферометра в следующей последовательности. Устанавливают экран вплотную к выходному зеркалу С интерферометра и винтами зеркала А совмещают пучки на экране. Отодвигают экран от интерферометра и винтами зеркала С снова совмещают пучки. Эти операции при необходимости повторяют. Затем вновь устанавливают в пучок излучения линзу 5 с призмой 6. На плите-основании установки должно появиться пятно размерами несколько сантиметров, пересеченное интерференционными полосами. Положение кронштейна подбирают так, чтобы пятно находилось примерно под серединой держателя призмы.

Исследуемые объекты устанавливаются на поворотный стол. Отсчет угловых координат производится по основной шкале (цена деления 2) и нониусу (цена деления 0,5°). При проведении измерений рычаг 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. Угол поворота определяется как разность угловых координат.

Теоретическое введение

При падении естественного света на границу раздела двух диэлектриков под углом, отличным от нуля, и отраженный луч, и преломленный оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения, а в преломленном, параллельные плоскости падения. При угле падения, который называется углом Брюстера

отраженный луч оказывается полностью поляризованным. Здесь п – показатель преломления диэлектрика относительно воздуха.

Рассмотрим случай, когда на поверхность диэлектрика под некоторым углом падает поляризованный свет. При этом коэффициент отражения R// волн с поляризацией в плоскости падения отличается от коэффициента отражения R волн с поляризацией, перпендикулярной плоскости падения. При некотором угле падения, определяемом условием (1), R// = 0. Это случается,

6

когда отраженный и преломленный лучи ортогональны. Объяснить отсутствие отраженной волны можно, если рассматривать ее как результат излучения дипольных моментов диэлектрика,

колеблющихся под действием электрического поля прошедшей волны и учесть, что в направлении своих колебаний диполи не излучают.

Порядок выполнения работы:

1.Включите лазер. Вращая поляризатор, следите за интенсивностью прошедшего через него излучения. Расположите поляризатор таким образом, чтобы метки находились примерно под углом 45° к горизонту. Разместите в пучке излучения стеклянную пластинку (объект 4), установленную на поворотном столе. Поворачивая стол, наблюдайте за поведением интенсивности отраженного от пластинки пучка.

2.Зафиксируйте положение стола, отвечающее минимуму

отражения. Снимите соответствующий отсчет i1 по шкале столика. Проведите 3 подобных измерения.

3.Определите положение i0 нормали к пластинке. Для этого пустите отраженный луч навстречу падающему. Повторите 3 раза.

4.Найдите угол Брюстера iБ = i1 - i0. Определите показатель преломления пластины. Рассчитайте ошибки измерений:

5.Определите таким способом показатели преломления других пластин: пластмассовой (объект 6) и слюды (объект 39). Результаты занесите в таблицу.

7

Контрольные вопросы:

1.Изложите устройство и принцип действия интерферометра Маха-Цендера.

2.Какой свет называют естественным? Поляризованным? Что такое поляризатор?

3.Как происходит поляризация света на границе двух диэлектриков? Что такое угол Брюстера?

4.Изложите законы геометрической оптики.

5.Что такое абсолютный показатель преломления? Относительный показатель преломления?

6.Получите формулу для расчета <∆iБ>.

Библиографический список:

1.Ландсберг Г. С. Оптика [Текст]: учеб. пособие / Г. С. Ландсберг; М.: Наука, 1976.

2.Сивухин Д. В. Общий курс физики т.4 [Текст]: учеб. пособие / Д. В. Сивухин; М.: Наука, 1980.

3.Савельев И. В. Курс общей физики т.2 [Текст]: учеб. пособие / И. В. Савельев; М.: Наука, 1982. 496 c.