Вказівки до виконання роботи. Перед виконанням роботи необхідно вивчити такий теоретичний матеріал: поляризація світла; поляризація світла при відбиванні та заломленні на межі двох

Перед виконанням роботи необхідно вивчити такий теоретичний матеріал: поляризація світла; поляризація світла при відбиванні та заломленні на межі двох діелектриків; подвійне променезаломлення у кристалах; закон Малюса; поляризаційні прилади.

[ 1, т.3, §§ 5.1, 5.2, 5.4–5.6; 2, §§ 190–194; 3, §§ 12.7; 4, т.2, §§ 134–136]

 

Дія світла на середовище переважним чином зумовлена вектором напруженості електричного поля електромагнітної хвилі, тому у оптиці цей вектор називають світловим. Якщо світловий вектор має переважний напрямок коливань, то світло називають поляризованим на відміну від неполяризованого, або природного світла, для якого будь-який напрямок коливань світлового вектора зустрічається з однаковою ймовірністю.

При поширенні світлового променя перпендикулярно до площини сторінки, основні випадки можливих орієнтацій світлового вектора схематично показано на рис. 5.3.1. На рис.5.3.1, а показано природне світло, на рис. 5.3.1, б зображено еліптично-поляризоване світло (світловий вектор переважно коливається у вертикальній площині), а рис.5.3.1, в відповідає лінійно-поляризованому світлу (світловий вектор коливається тільки у одній, жорстко зафіксованій у просторі площині),

Оптичний прилад, при проходженні через який неполяризоване світло стає поляризованим, називається поляризатором. Площина поляризатора – це площина, у якій коливається світловий вектор пучка на виході з поляризатора. Поляризатор також використовують для аналізу стану поляризації світла. У цьому випадку його називають аналізатором.

Якщо площини поляризатора і аналізатора утворюють кут , то при падінні на аналізатор світла інтенсивністю І ₀ з нього вийде світловий пучок інтенсивністю (закон Малюса):

. (5.3.1)

Нехай у загальному випадку на аналізатор падає частково (еліптично) поляризоване світло. Тоді при обертанні аналізатор за законом Малюса інтенсивність світла на виході буде змінюватись від І _max (площина поляризації світла паралельна до площини аналізатора) до I _min (площина аналізатора перпендикулярна до площини поляризації світла). Стан поляризації світла характеризують ступінню поляризації:

. (5.3.2)

Для лінійно-поляризованого світла k =1, для природного світла k =0, а у випадку еліптично поляризованого світла 0< k <1.

Найбільш поширеними є поляризатори, принцип дії яких базується на явищі оптичного дихроїзму. Як відомо, у анізотропних кристалах можуть поширюватись лише лінійно-поляризовані у взаємно-перпендикулярних площинах звичайний і незвичайний промені. У оптично-дихроїчних кристалах коефіцієнт поглинання одного з променів настільки великий, що цей промінь практично повністю поглинається на шляху порядку десяти мікрон і з кристала виходить фактично лінійно-поляризоване світло. Поляроїд – це два скла, між якими розташований тонкий шар орієнтованих у одному напрямі оптично-дихроїчних мікрокристалів.

Закон Малюса вивчають на установці, схему якої подано на рисунку 5.3.2. Джерело лінійно-поляризованого світла – лазер. Лазерний промінь проходить крізь аналізатор (поляроїд) А і потрапляє на фотоприймач Ф. Під дією світла у фотоприймачі генерується фото ЕРС, а тому з’єднаний з ним гальванометр Г буде фіксувати струм, пропорційний інтенсивності падаючого світла.

Хід роботи

1. Згідно з інструкцією увімкнути лазер.

2. Встановити аналізатор у початкове положення (0⁰) і занести до табл. 5.3.1 відповідне значення сили струму І.

3. Повертаючи кожного разу аналізатор на кут 15^о, визначати силу струму у діапазоні кутів 0...360^о. Усі дані занести до табл. 5.3.1.

4. Вимкнути лазер.

5. За отриманими даними побудувати графік залежності I = f (a).

6. Користуючись графіком, визначити I _max i I _min.

7. Визначити ступінь поляризації за формулою (5.3.2).

8. Користуючись калькулятором, обчислити функцію I = I _maxcos²a у діапазоні кутів 0...360^о і нанести відповідні точки на експериментальний графік.

Таблиця 5.3.1

a°

I, mA

Продовження таблиці 5.3.1

a°

I, mA

Контрольні запитання

1. Що таке світло?

2. Що таке поляризація світла?

3. Дайте означення неполяризованого, плоскополяризованого, частково поляризованого та поляризованого по колу світла.

4. Назвіть способи отримання плоскополяризованого світла. Які поляризаційні пристрої зроблені на їх основі?

5. Запишіть закон Брюстера. Що таке кут Брюстера?

6. Що таке поляризатор та аналізатор?

7. Що таке ступінь поляризації частково поляризованого світла?

8. Запишіть закон Малюса та поясніть його.