16

Федеральное агентство по образованию Московский государственный открытый университет Рязанский институт (филиал)

Г.И.Мельник А.Д.Филатов

Поляризация света проверка закона брюстера

Лабораторная работа № 3.

( Руководство к выполнению )

Рязань 2006

УДК 530

Мельник Г.И., Филатов А.Д.

Поляризация света. Проверка закона Брюстера: Лабораторная работа № 3. ( Руководство к выполнению ). – Рязань: Рязанский институт (филиал) МГОУ, 2006. – 18 с.

Печатается по решению Ученого совета Рязанского института (филиала) Московского государственного открытого университета от 10.11.2006 г., протокол № 3 .

 Московский государственный открытый

университет,

Рязанский институт (филиал),

2006

Поляризация света проверка закона брюстера

Руководство к выполнению лабораторной работы 3.

Цель работы: Изучение свойств поляризованного света полупроводникового лазера. Определение угла Брюстера при падении лазерного света на стеклянную пластинку. Измерение коэффициента преломления стекла.

Приборы и оборудование:

1. Полупроводниковый лазер, излучающий в видимом диапазоне длин волн

λ = 670 нм, мощность излучения 1мВт.

2. Направляющая скамья.

3. Стеклянная пластина во вращающейся оправе с измерителем угла.

4. Набор рейтеров.

5. Поляроид.

6. Экран для наблюдения с магнитами для крепления бумаги.

Теоретическая часть

Система уравнений Максвелла полностью описывает свойства, возникновение и распространение электромагнитных волн. В частности, из этих уравнений вытекает, что электромагнитные волны поперечные, с чем связана их важнейшая характеристика – поляризованность.

Поляризованность света характеризует изменение вектора напряженности Е электрического поля световой волны в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. Если вектор Е изменяется совершенно хаотично (рис.1,а), свет называют неполяризованным. Неполяризованный свет, который часто называют естественным , испускают большинство тепловых источников (лампы накаливания, Солнце и др.).

Возможно такое поведение вектора Е , когда за период колебаний конец этого вектора описывает замкнутую линию – эллипс, круг или прямую

Рис. 1

(рис.1, б, в, г). Такой свет называют полностью поляризованным, а в зависимости от того, какую линию описывает конец вектора Е , различают эллиптически, циркулярно и линейно поляризованный свет.

Возможны и часто встречаются промежуточные случаи, когда конец вектора Е описывает сложную незамкнутую линию, которая, однако, в большей или меньшей степени сосредоточена около прямой линии (рис.1,д), эллипса или круга (рис.1,е). В этих случаях говорят, что свет частично поляризован.

Математическое описание поляризованного света основано на представлении вектора Е в виде суммы двух ортогональных векторов Е_х и Е_у , направленных вдоль осей х и у некоторой системы координат, ось z которой совпадает с направлением распространения света. Пусть коэффициенты разложения векторов Е_х и Е_у изменяются во времени по гармоническому закону с частотой ω:

, (1)

где Е_х0 и Е_у0 - амплитуды; φ_х и φ_у - начальные фазы колебаний.

Если амплитуды Е_х0 , Е_у0 и (или) начальные фазы φ_х , φ_у изменяются совершенно случайно, результирующее колебание вектора Е является неполяризованным. Если же амплитуды и начальные фазы не зависят от времени, колебание вектора Е полностью поляризовано, а форма поляризации определяется отношением амплитуд Е_у0 / Е_х0 и разностью фаз δ = φ_у - φ_х . Важными частными случаями являются следующие.

Если δ = φ_у - φ_х= (m = 0, 1, 2,…), вектор Е колеблется вдоль прямой линии, то есть свет в этом случае является полностью линейно поляризованным. Угол α, который составляет вектор Е с осью х (рис.1.г), называют азимутом поляризации.

Если δ = φ_у - φ_х= (m = 0, 1, 2,…), конец вектора Е описывает в плоскости ху эллипс, который при равенстве амплитуд Е_х0 = Е_у0 обращается в круг. Таким образом, в этих случаях свет является эллиптически или циркулярно поляризованным.

До сих пор направления векторов Е_х и Е_у , на которые разлагался вектор Е , были произвольными. В реальных задачах оси координат х и у определяются геометрическими и оптическими параметрами элементов оптической схемы, например плоскостью падения света на границу раздела изотропных диэлектриков или анизотропией скорости распространения света в кристалле.

Источниками линейно поляризованного света являются оптические квантовые генераторы – лазеры.

Получение поляризованного света из естественного возможно при разнообразных физических эффектах – прохождении света через анизотропные среды, отражении от диэлектриков и др. Устройства для получения поляризованного света называют поляризаторами. Поляризаторы пропускают колебания, параллельные плоскости, называемой плоскостью поляризатора, и задерживают колебания, перпендикулярные этой плоскости.