Описание лабораторной установки

Схема установки приведена на рис. 4. В первой части работы (при исследовании закона Малюса) установка включает в себя полупроводниковый лазер, анализатор и фотоприемник.

В

работе используется лазер, на выходной диафрагме которого установлен дихроичный пленочный поляризатор и, таким образом, выходное излучение является линейно поляризованным, его интенсивность соответствует обозначению I₀ в формуле для закона Малюса. Угол изменяется вращением анализатора. Свет, прошедший через анализатор интенсивностью I попадает на фотоприемник (фотодиод), подключенный к

мультиметру. Показания мультиметра пропорциональны световому потоку, попадающему на фотодиод.

Показания с мультиметра следует снимать в режиме измерения тока, так как получаемая в этом случае характеристика является линейной.

Во второй части работы между лазером и анализатором помещается фазовая пластинка из слюды.

На рисунке приведен внешний вид лабораторной установки РМС 1.

Порядок выполнения работы

I. Исследование закона Малюса

Порядок выполнения работы:

1. Установить мультиметр в режим измерения тока I, мА и вращением анализатора установить положение максимального пропускания. Выставить на мультиметре необходимый предел измерений, при котором отсутствует индикация перегрузки.

2. Перекрыть луч лазера оптически непрозрачным материалом и снять отсчет темнового тока фотоприемника I_T. Установить анализатор в положение, соответствующее 0°. Снять показания мультиметра в режиме измерения тока I, мА. Затем, поворачивая анализатор через 10° заполнить табл.1 для I.

Таблица 1

угол	0	10	20	30	…..	330	340	350	360
I, мА	1
	2
I-IT

Замечание: При выполнении опыта во второй раз необходимо точнее выставлять угол поворота в 10.

3. Произвести указанные измерения дважды (или большее число раз по заданию преподавателя) и рассчитать средние значения I по результатам изменений.

4. Построить графики зависимостей и .

5. Объяснить полученные результаты.ъ

II. Работа с фазовой пластинкой

1. Вращением установить анализатор в такое положение, чтобы полностью погасить свет, попадающий на фотоприемник.

2. Поместить перед анализатором фазовую пластинку.

3. Вращая пластинку вокруг своей оси, убедиться в наличии таких четырех ее положений, в которых опять будет наблюдаться полное гашение света. Эти положения соответствуют ориентации одной из собственных осей пластинки перпендикулярно плоскости главного пропускания анализатора.

4. Выбрав любое из таких положений, повернуть пластинку на 45° и закрепить ее в этом положении. В указанном случае мы получаем, что плоскость поляризации падающего излучения ориентирована под углом 45° к собственным осям пластинки, и, таким образом, амплитуды обыкновенного и необыкновенного лучей одинаковы.

5. Вращая анализатор, снять показания с мультиметра аналогично первой части работы и заполнить таблицу 1.

6. Построить график зависимости I = f(φ).

7. Найти средние значения I_min и I_mах.

8. Рассчитать эллиптичность, равную отношению малой и большой полуосей эллипса, выраженную следующим образом

.

9. При выполнении условия ориентации осей фазовой пластинки под углом 45° к плоскости поляризации падающего света (п. 4) разность фаз связаны между собой простым соотношением: δ = 2γ. Данная формула следует из выражений (6), (8) а также иллюстрируется следующими примерами: при разности фаз между обыкновенным и необыкновенным лучом δ = 0 или δ = π, как было описано выше, эллипс вырождается в прямую – эллиптичность обращается в ноль или бесконечность, при tg(π/4) или tg(3π/4) эллипс превращается в круг.

10. При известной толщине пластинки из слюды можно рассчитать разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей (n_o – n_е).

Лабораторная работа №6

РМС 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОКУСНЫХ РАССТОЯНИЙ ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ И ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ЛИНЗ МЕТОДОМ БЕССЕЛЯ

Цель работы – определение фокусных расстояний положительной и отрицательной линз методом Бесселя

Общие сведения

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя криволинейными или криволинейной и плоской поверхностями. Обычно применяют линзы, поверхности которых имеют сферическую форму. Основные типы линз изображены на рис.1.

На рисунке 1 представлены собирающие линзы (1 – двояковыпуклая, 2 – плосковыпуклая, 3 – вогнуто-выпуклая (положительный мениск)) и рассеивающие – (4 –двояковогнутая, 5 – плосковогнутая, 6 – выпукло-вогнутая (отрицательный мениск)).

Различают тонкие и толстые линзы. Линза называется тонкой, если её толщиной можно пренебречь по сравнению с радиусами кривизны её поверхностей.

Система, состоящая из одной или нескольких линз, называется центрированной, если центры кривизны всех её преломляющих поверхностей лежат на одной прямой, называемой оптической осью.

Вспомним основные свойства центрированной системы на примере толстой двояковыпуклой стеклянной линзы, находящейся в воздухе.

Лучи, проходящие через первый главный фокус F₁, выходят с другой стороны линзы пучком, параллельным главной оптической оси ОО' (рис. 2).

Рис. 2. Прохождение лучей, сходящихся в первом главном фокусе F₁, через двояковыпуклую линзу

Главный фокус находится на расстоянии –f₁ от первой главной плоскости Н₁ которая определяется как геометрическое место точек пересечения падающих лучей с их продолжениями за линзой. Здесь и далее всем расстояниям, отсчитываемым против хода лучей, приписывается знак "–" (правило знаков).

Пучок лучей, падающих на линзу параллельно главной оптической оси, сходится во втором главном фокусе F₂, отстоящем на расстоянии f₂ от второй главной плоскости Н₂

Рис. 2. Прохождение пучка лучей, параллельного оптической оси, через двояковыпуклую линзу

Если по обе стороны от линзы находится одна и та же среда, фокусные расстояния совпадают: f₁ = f₂ = f. Величина D = 1/f называется оптической силой линзы.

Собирающая линза сводит лучи, параллельные оптической оси в действительном фокусе f > 0, (рис. 2'), и имеет положительную оптическую силу.

Рис. 3. Прохождение пучка лучей, параллельного оптической оси, через рассеивающую линзу

Оптическая сила рассеивающей линзы отрицательна, так как для неё точка схождения параллельных лучей мнимая f < 0 (рис. 3).

Для тонкой линзы можно считать, что точки пересечения поверхностей с оптической осью сливаются в одну точку, называемую оптическим центром, а главные плоскости H₁, H₂ – в одну плоскость, проходящую через оптический центр линзы перпендикулярно её главной оптической оси.

Если светящийся предмет – небольшой отрезок, перпендикулярный к оптической оси, то его изображение, полученное с помощью параксиальных (приосевых) лучей также имеет вид отрезка, перпендикулярного к оптической оси (рис. 4).

Рис. 4. Построение изображения в тонкой положительной линзе

Расстояния до предмета и до его изображения s и s', отсчитанные от оптического центра вдоль главной оптической оси и взятые с учётом правила знаков, подчиняются уравнению линзы (1):

, (1)

где f – фокусное расстояние линзы, s' – расстояние от линзы до изображения, s – расстояние от предмета до линзы.

Для тонкой собирающей линзы f можно рассчитать по этой формуле, получив действительное изображение предмета и измерив расстояния s и s'. Формула (1) справедлива и для толстой линзы. Однако воспользоваться ею для определения фокусного расстояния произвольной линзы затруднительно, поскольку все расстояния в случае толстых линз или оптических систем необходимо отсчитывать от соответствующих главных плоскостей (рис. 5). Главные плоскости могут лежать и внутри, и вне линзы, совершенно несимметрично относительно её сферических поверхностей, и их положение, как правило, неизвестно.

Рис. 5. Положение главных плоскостей для различных линз

Удобным методом определения фокусного расстояния является, используемый в данной работе метод Бесселя, который позволяет найти величину f, не зная положение главных плоскостей линзы.