Московский государственный университет

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра «Физика-2»

ФИЗИКА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 36а

МОСКВА  2009

Работа 36а

ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ

ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА

Цель работы: экспериментальное получение света с различными состояниями поляризации (эллиптической, циркулярной (круговой), линейной); изучение свойств пластинки «в четверть длины волны (); анализ эллиптически поляризованного света.

Приборы и принадлежности:

1. Источник света – полупроводниковый лазер, излучение которого можно считать строго монохроматичным (длина волны λ указана непосредственно на установке). Кроме этого, лазер излучает линейно-поляризованное излучение, что позволяет проводить экспериментальные исследования без поляризатора.

2. Приёмник излучения – фотодиод ФД-24К.

3. Поляроид – анализатор, заключенный во вращающуюся оправу со шкалой (цена деления шкалы 2 градуса).

4. Пластинка (длина волны соответствует длине волны лазера), заключённая во вращающуюся оправу.

5. Пластинка неизвестной толщины и ориентации, заключенная во вращающуюся оправу.

6. Цифровой измеритель постоянного тока фотодиода (значение тока пропорционально интенсивности света, падающего на фотодиод).

Введение Поляризация электромагнитных волн

Обычные источники света являются совокупностью огромного числа быстро высвечивающихся (10^7  10^8с) элементарных источников (атомов или молекул), испускающих свет независимо друг от друга, с разными фазами и с разными ориентациями векторов и. Поэтому ориентация этих векторов в результирующей волне хаотически изменяется со временем, т.е. такой свет является неполяризованным. Для получения и наблюдения поляризованного света (о явлении поляризации можно прочитать более подробно во введении к лабораторной работе 36) необходимо использовать специальные оптические приборы, поляризующие свет и определяющие степень его поляризации. Большинство людей, не вооруженных специальными приборами, не могут отличить поляризованный свет от неполяризованного. Оптические системы, с помощью которых световые волны становятся плоско поляризованными, называютсяполяризаторами. Оптические системы, используемые для обнаружения и исследования поляризованного света, называются анализаторами. Конструктивно это одинаковые оптические системы (поляроиды).

Различные состояния поляризации

Если для световой волны задано направление распространения, то в общем случае её можно представить как суперпозицию двух линейно поляризованных волн, для которых направления поляризации взаимно перпендикулярны. Для естественного света характерно хаотическое изменение амплитуд и фаз каждой из этих волн. Если же амплитуды обеих волн постоянны, а фазы изменяются по гармоническому закону, то в зависимости от разности фаз будут наблюдаться различные состояния поляризации волны. Рассмотрим подобную ситуацию более подробно.

Пусть вдоль оси Z распространяются две монохроматические линейно поляризованные волны, для которых ₁  ₂  , а плоскости поляризации взаимно перпендикулярны. Тогда для компонент результирующего поля волны можно записать:

E_x(z, t)  E₀₁sin(t  kz  ₀₁), (1)

E_y(z, t)  E₀₂sin(t  kz  ₀₂), (2)

где k  – волновое число;E₀₁ и E₀₂ – амплитуды каждой из волн; ₁  t  kz  ₀₁ и ₂  t  kz  ₀₂ – фазы каждой из волн; ₀₁ и ₀₂ – начальные значения фаз каждой из волн.

В зависимости от соотношения амплитуд E₀₁ и E₀₂ и начальных фаз ₀₁ и ₀₂ структура результирующей волны будет различной.