Описание экспериментальной установки. Для определения состояния поляризации лазерного излучения используется установка, схема которой приведена на рис

Для определения состояния поляризации лазерного излучения используется установка, схема которой приведена на рис. 4.

 

Рис. 4. Схема экспериментальной установки для изучения закона Малюса

 

Установка состоит из лазера 1, анализатора 2, установленного во вращающейся обойме,и фотоприемника 3, в качестве которого используется фотодиод с чувствительностью S. Измеряемое вольтметром 4 напряжение на фотоприемнике пропорционально интенсивности света, падающего на него – U = SI.

При проведении эксперимента измеряют зависимость интенсивности света, прошедшего анализатор от угла поворота плоскости анализатора относительно вертикальной плоскости. Построив в полярных координатах график этой зависимости (рис. 5), можно определить положение плоскости поляризации лазерного излучения и степень его поляризации.

 

Рис. 5 График зависимости интенсивности света, прошедшего анализатор от угла между вертикалью и плоскостью анализатора (в относительных единицах)

 

На графике указан угол φ₀, определяющий плоскость поляризации лазерного излучения относительно вертикали.

Для определения угла Брюстера используется установка, схема которой представлена на рис. 6.

 

Рис. 6 Схема установки для определения угла Брюстера

На оптическом рельсе расположены лазер 1, поляризаторы 2 и 3, поворотный столик 4. В кассете поворотного столика установлена стеклянная пластинка 5. Винтом 6 производится поворот столика и стекла 5, угол поворота отсчитывается по шкале 7 относительно индекса 8.

При повороте столика изменяется угол β падения лазерного пучка на стеклянную пластинку. С помощью поляризаторов 2 и 3 осуществляется поворот плоскости поляризации лазерного излучения так, чтобы свет, падающий на стеклянную пластинку, был поляризован в горизонтальной плоскости (в плоскости падения).

Отраженный от стеклянной пластинки свет попадает на экран 9, на котором наблюдается световое пятно, яркость которого изменяется при изменении угла падения. При угле падения, равному углу Брюстера, интенсивность отраженного света будет минимальной. Если на стеклянную пластинку падает свет, линейно поляризованный в плоскости падения, то при угле падения, равном углу Брюстера, свет от пластинки не отражается. Это обстоятельство используется для экспериментального определения угла Брюстера.

 

Порядок выполнения работы

Заполните табл. 1 спецификации измерительных приборов и запишите данные установки.

 

Таблица 1

Спецификация измерительных приборов

 

Название прибора и его тип	Пределы измерения	Цена деления	Инструментальная погрешность

 

Данные установки

 

Длина волны лазерного излучения λ = нм.

Чувствительность фотодиода ФД-24 К S = В/Вт.

 

1. Измерьте зависимость интенсивности лазерного излучения от угла между вертикалью и плоскостью анализатора, для чего:

– установите на оптическом рельсе фотоприемник. Включите лазер и вольтметр. Убедитесь, что лазерный луч попадает в центр фотоприемника. При необходимости проведите юстировку оптической системы. Подберите необходимый предел измерения вольтметра;

– установите на оптическом рельсе анализатор согласно схеме, приведенной на рис. 5, и, вращая его вокруг оптической оси, наблюдайте визуально и по показаниям вольтметра изменение интенсивности света, прошедшего анализатор. Если излучение лазера поляризовано, то определите плоскость поляризации – она соответствует ориентации плоскости анализатора, при которой показания вольтметра (интенсивность света) максимальны. Запишите значения угла (относительно вертикали) плоскости поляризации излучения, которое равно углу установки плоскости анализатора;

– установите плоскость анализатора вертикально (значение угла на отсчетном устройстве равно нулю). Измерьте по вольтметру зависимость интенсивности света, прошедшего анализатор, от угла установки его плоскости в пределах от 0 до 360 градусов, поворачивая каждый раз плоскость анализатора на 15 градусов. Показания вольтметра запишите в табл. 2. После завершения измерений выключите вольтметр и лазер.

Таблица 2

Зависимость интенсивности света, прошедшего анализатор,

от угла j между вертикалью и плоскостью анализатора

 

j,°	U, мВ

 

2. Определите угол падения лазерного пучка на стеклянную пластинку, равный углу Брюстера, для чего:

– установите на оптическом рельсе поворотный столик со стеклянной пластинкой, а между лазером и столиком – поляризаторы 2 и 3 согласно схеме, приведенной на рис. 6.

– установите плоскость поляризатора 3 в горизонтальное положение (значение угла на отсчетном устройстве равно 90°);

– включите лазер и, поворачивая плоскость поляризатора 2, добейтесь максимальной интенсивности света, падающего на стеклянную пластинку (значение угла на отсчетном устройстве равно или близко к 45°). Теперь свет, прошедший систему двух поляризаторов, будет поляризован в горизонтальной плоскости, то есть в плоскости падения на стеклянную пластинку.

– поворачивайте стеклянную пластинку 5 с помощью винта 6 таким образом, чтобы отраженный от нее свет попал на экран, расположенный параллельно оптическому рельсу. Определите положение пластинки, при котором световое пятно на экране имеет минимальную яркость. Немного поворачивая в том или другом направлении поляризатор 3, добейтесь полного исчезновения светового пятна экране;

– установите плоскость пластинки перпендикулярно оси пучка лазерного излучения, для чего, поворачивая пластику вокруг вертикальной оси, добейтесь совмещения на поверхности поляризатора 3, обращенной к пластинке, световых пятен, соответствующих следам падающего на пластинку и отраженного от пластинки пучков света. По отчетному устройству считайте угол b₁ установки плоскости пластинки и запишите его значение в табл. 3. Измерение угла b₁ проведите три раза;

– поверните стеклянную пластинку 5 с помощью винта 6 таким образом, чтобы отраженный от нее свет попал на экран, расположенный параллельно оптическому рельсу. Определите положение пластинки, при котором световое пятно на экране исчезает. По отчетному устройству считайте угол b₂ установки плоскости пластинки и запишите его значение в табл. 3. Повторите измерения, каждый раз поворачивая плоскость пластинки и добиваясь исчезновения светового пятна.

3. Выключите вольтметр и лазер.

Таблица 3

Измерения угла Брюстера

 

,°	,°	,°