Исследование поляризованного света
.pdfvk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
|
|
|
Кафедра общей и технической физики |
|
||||||||
|
|
|
Лаборатория оптических исследований |
|
||||||||
|
|
|
Отчет по лабораторной работе №5 |
|
||||||||
Тема работы: |
|
|
|
|
Исследование поляризованного света |
|
||||||
Выполнил: студент гр. |
|
|
ИГ-17-1 |
|
|
|
|
|
Арзамасова Т.М. |
|||
|
|
|
|
|
(шифр группы) |
|
|
(подпись) |
(Ф.И.О.) |
|||
Дата: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Проверил: |
|
доцент |
|
|
|
|
|
|
|
Фицак В.В. |
||
|
|
|
(должность) |
|
|
|
|
(подпись) |
(Ф.И.О.) |
Санкт-Петербург
2018
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Цель работы: Изучить явление поляризации световых волн: определить степень поляризации лазерного излучения, провести экспериментальную проверку закона Малюса, самостоятельно получить и исследовать циркульно- и эллиптически поляризованный свет.
Явление, изучаемое в работе: поляризованный свет
Теоретические сведения
Видимый свет представляет собой электромагнитные волны с длинами волн от 4 10–7 м
(фиолетовый) до 7 10–7 м (красный).
Естественный свет – это свет, при котором колебания векторов и происходят по всевозможным направлениям в поперечной плоскости.
Некоторые источники (лазеры) могут испускать поляризованный свет. В таком свете колебания электрического и магнитного полей происходят не по всем направлениям, а
только в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Такой свет называют линейно поляризованным (или плоско поляризованным).
Имеется пять типов поляризованного света: естественный или неполяризованный свет; частично-поляризованный свет; линейноили плоско-поляризованный свет; свет,
поляризованный по кругу (циркульно); эллиптически-поляризованный свет.
Закон Малюса: интенсивность света I, выходящего из анализатора, пропорциональна квадрату косинуса угла α между направлением плоскостей пропускания вектора Е поляризатора и анализатора.
– закон Малюса
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Схема установки:
В состав установки входят: He-Ne лазер 1 мощностью 1,0 мВт, оптическая скамья 2;
поляризатор 3, четвертьволновая (λ/4) пластина 4, анализатор 5, фотодетектор 6;
цифровой мультиметр 7. Для отсчета углов поворота элементы 3, 4 и 5 установлены во вращающемся держателе с радиально нанесенными делениями, расположенными через равные угловые промежутки с шагом в 5о.
Расчетные формулы
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, где Р - |
степень |
поляризации, а |
I – сила |
||||||||||
фототока; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– Формула отношения полуосей эллипса поляризации, где I – сила |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Ex |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
фототока, |
|
- отношение полуосей эллипса поляризации |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
E y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Исследование поляризации лазерного света |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φ, |
|
-90 |
|
|
-80 |
|
-70 |
-60 |
|
-50 |
|
-40 |
-30 |
|
-20 |
|
-10 |
|
0 |
|
||||||||||
град |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
I,мA |
|
0,215 |
|
0,271 |
|
0,300 |
0,315 |
|
0,336 |
|
0,344 |
0,350 |
|
0,350 |
|
0,351 |
|
0,352 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
сos2φ |
0 |
|
0,03015 |
|
0,11697 |
0,25 |
|
0,41317 |
|
0,58682 |
0,75 |
|
0,88302 |
|
0,96984 |
|
1 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φ, |
|
10 |
|
|
|
20 |
|
|
30 |
40 |
|
|
50 |
|
|
60 |
70 |
|
|
80 |
|
|
90 |
|
|
|
||||
град |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
I,мA |
|
0,350 |
|
|
0,344 |
|
|
0,334 |
0,326 |
|
|
0,313 |
|
|
0,285 |
0,253 |
|
|
0,163 |
|
|
0,215 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
сos2φ |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
||
|
|
,96984 |
|
,88302 |
|
,75 |
,58682 |
|
,41317 |
|
,25 |
,11697 |
|
,03015 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Значения фототока изменяются в зависимости от угла поворота анализатора, от
наименьшего значения до наибольшего. Излучение линейно поляризовано.
Изучение закона Малюса
Таблица 2
φ, |
-90 |
|
-80 |
|
-70 |
-60 |
|
-50 |
|
-40 |
-30 |
|
-20 |
|
-10 |
0 |
||||||
град |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I,мA |
0,109 |
|
0,242 |
|
0,286 |
0,310 |
|
0,329 |
|
0,342 |
0,351 |
|
0,354 |
|
0,360 |
0,361 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сos2φ |
0 |
|
0,03015 |
|
0,11697 |
0,25 |
|
0,41317 |
|
0,58682 |
0,75 |
|
0,88302 |
|
0,96984 |
1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I/Io |
|
|
0 |
|
0 |
|
|
0 |
|
0 |
|
|
0 |
|
0 |
1 |
||||||
|
,301 |
|
,670 |
|
,792 |
,858 |
|
,911 |
|
,947 |
,972 |
|
,980 |
|
,997 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φ, |
10 |
|
|
20 |
|
|
30 |
40 |
|
|
50 |
|
|
60 |
70 |
|
|
80 |
|
|
90 |
|
град |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I,мA |
0,359 |
|
|
0,356 |
|
|
0,350 |
0,344 |
|
|
0,331 |
|
|
0,314 |
0,287 |
|
|
0,250 |
|
|
0,124 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сos2φ |
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
,96984 |
|
,88302 |
|
,75 |
,58682 |
|
,41317 |
|
,25 |
,11697 |
|
,03015 |
|
|
|
||||||
I/Io |
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
,994 |
|
|
,986 |
|
|
,969 |
,952 |
|
|
,916 |
|
|
,869 |
,795 |
|
|
,692 |
|
|
,343 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Imax 0,361мА
Imin 0,109 мА
Степень поляризации Р находим по формуле:
P |
|
I |
I |
|
|
|
|
0,361 0,109 |
0,129 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
max |
min |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
I |
I |
|
0,361 0,109 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
max |
|
min |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изучение эллиптической поляризации |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
Таблица 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φ, |
|
|
-90 |
|
|
|
-80 |
-70 |
|
-60 |
|
-50 |
-40 |
-30 |
-20 |
-10 |
0 |
|||||||
град |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
I,мA |
|
|
0,267 |
|
0,288 |
0,307 |
|
0,316 |
|
0,328 |
0,333 |
0,339 |
0,344 |
0,345 |
0,343 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φ, |
|
|
|
10 |
|
|
|
20 |
|
30 |
|
40 |
|
|
50 |
|
60 |
70 |
|
80 |
|
90 |
|
|
град |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
I,мA |
|
|
0,337 |
|
|
|
0,335 |
|
0,328 |
|
0,315 |
|
|
0,297 |
|
0,281 |
0,259 |
|
0,245 |
|
0,264 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Imax 0,345 мА
Imin 0,245 мА
|
Отношение полуосей эллипса поляризации: |
Ex = |
I min |
0,245 |
0,84 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
E y |
I max |
0,345 |
|
|
|
|
Исследование круговой поляризации |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Таблица 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φ, |
-90 |
-80 |
-70 |
-60 |
-50 |
|
-40 |
-30 |
-20 |
|
-10 |
0 |
град |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I,мA |
0,297 |
0,301 |
0,304 |
0,307 |
0,308 |
0,305 |
0,307 |
0,312 |
|
0,313 |
0,315 |
|
φ, |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
|
60 |
70 |
80 |
90 |
|
|
град |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I,мA |
0,312 |
0,310 |
0,307 |
0,304 |
0,303 |
|
0,297 |
0,295 |
0,296 |
0,297 |
|
Погрешность прямых измерений
0,5
I 0,001мА
Погрешность косвенных измерений
|
|
|
|
|
|
|
|
2 I |
|
|
|
|
2 I |
|
|
|
|
|
|
|
2 0,001 10 3 |
|
|
2 0,001 10 3 |
|
|
|
|||||||
Р Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,129 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,0015 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
3 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Imax |
Imin |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0,361 0,109) 10 |
|
(0,361 0,109) 10 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Imax Imin |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
E |
x |
|
E |
x |
|
1 |
|
I |
|
|
|
I |
|
|
|
1 |
0,001 |
|
0,001 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,84 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,0029 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
Ey |
|
Ey |
|
2 |
|
Imin |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
0,245 |
|
0,345 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Imax |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вывод
Во время работы мы изучили поляризацию света. На практике был исследован закон Малюса. Были изучены круговая и эллиптическая поляризации, а также получены их графики.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Графики
|
|
График зависимости I/I0 = f (cos2φ) |
|
||
|
1,8 |
|
|
|
|
|
1,6 |
|
|
|
|
|
1,4 |
|
|
|
|
|
1,2 |
|
|
|
|
I/I0 |
1 |
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
^2 |
|
|
|
|
График зависимости I=f( ) |
|
|
|
|
-90 |
90 |
0,35 |
-80 |
80 |
0,3 |
-70 |
|
||
|
0,25 |
|
70 |
0,2 |
-60 |
|
0,15 |
|
60 |
0,1 |
-50 |
|
||
|
0,05 |
|
|
0 |
|
50 |
-40 |
40 |
-30 |
30 |
-20 |
20 |
-10 |
10 |
0 |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
График зависимости I=f( )
|
|
-90 |
|
|
90120 |
-80 |
|
80 |
100 |
-70 |
|
70 |
80 |
-60 |
|
60 |
|||
|
|
||
60 |
40 |
-50 |
|
20 |
|||
|
|
||
50 |
0 |
-40 |
|
|
|||
40 |
|
-30 |
|
30 |
|
-20 |
|
|
20 |
-10 |
|
|
10 |
0 |