Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
лабы физика / Лабораторная работа № 61.doc
Скачиваний:
73
Добавлен:
16.02.2016
Размер:
1.09 Mб
Скачать

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный технический университет

Кафедра физики

Методические указания к лабораторной работе № 61

«Исследование поляризованного света»

Караганда 2004

Печатается по: Ясинский В. Б.

Лабораторный физический практикум: волновая и квантовая оптика, физика атома и ядра.

Учебное пособие.

Караганда: КарГТУ, 2002, 90с., ил. С.4-12

Лабораторная работа № 61

Исследование поляризованного света

Естественный и поляризованный свет

Свет — это электромагнитные волны, излученные возбужденными атомами и молекулами вещества. В электромагнитной волне периодически изменяются напряженность электрического поля и напряженность магнитного поля. Вектора Е и Н в электромагнитной волне всегда взаимно перпендикулярны и вместе с вектором скорости V образуют правовинтовую систему. На рис.1 схематично показана монохроматическая электромагнитная волна.

Будем в дальнейшем эти волны называтьсветовыми, а вектор Е световым вектором.

Плоскость, в которой колеблется вектор Н, называется плоскостью колебания волны, а плоскость, в которой колеблется световой вектор Е (сохраняя перпендикулярность с вектором Н) называется плоскостью поляризации.

Эта плоскость проходит через световой луч, то есть через направление распространения света. Зная направление светового луча и направление светового вектора, можно всегда определить направление колебания вектора Н. Поэтому в дальнейшем в электромагнитной волне будем рассматривать колебания только вектора Е.

Если направление колебаний светового вектора сохраняется с течением времени в одной плоскости, волна называется плоскополяризованной.

Такую волну излучает отдельно взятый атом.

Естественным светом называется совокупность световых волн со всеми возможными направлениями колебаний, быстро и беспорядочно сменяющими друг друга. По всем направлениям амплитуда колебаний одинакова.

Видимый свет генерируется при переходах атомов или молекул из возбужденного состояния на более низкий энергетический уровень1. Каждый атом или молекула испускает за один раз только один единственный фотон, фаза и поляризация которого никак не связаны с такими же характеристиками любого другого фотона. Исключение составляют только лазеры2, часто излучающие поляризованный свет. Возможны случаи частично поляризованного света, при котором имеется преимущественное (но не единственное) направление колебания светового вектора. На рис. 2 изображены различные случаи колебания вектора Е в плоскости, перпендикулярной лучу (вектору скорости).

Поляризация при отражении и преломлении

Эффективность рассеяния или отражения света зависит от ориентации светового вектора относительно поверхности, с которой свет взаимодействует. При больших углах падения поверхности отражают большую часть падающего естественного света. Такое отражение воспринимается как блеск и содержит очень мало информации о поверхности, поскольку блеск — это результат зеркального отражения. Отраженный свет довольно сильно поляризован в плоскости,перпендикулярной плоскости падения, то есть в отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения (на рис. 3 эти колебания обозначены точками). Поэтому, блеск можно сильно ослабить, если наблюдать свет только с параллельной к поверхности ориентацией плоскости поляризации.

При наклонном падении света на границу раздела двух диэлектриков (например, на поверхность стеклянной пластинки) не только отраженный, но и преломленный луч оказывается частично поляризованным. При этом в преломленном луче присутствуют колебания светового вектора параллельные плоскости падения (на рис. 3 они изображены двусторонними стрелками).

Еще один пример поляризованного света связан с привычным нам цветом неба. Его голубой цвет вызван преимущественным рассеянием синего цвета в верхних слоях атмосферы. Этот рассеянный свет также частично поляризован. Данный факт давно используют фотографы, когда для затемнения неба и более четкого проявления облаков применяют поляризационные светофильтры.

Степень поляризации отраженного света зависит от угла падения. Однако

если тангенс угла падения луча на границу раздела двух диэлектриков равен относительному показателю преломления, то отраженный луч полностью поляризован в плоскости, перпендикулярной к плоскости падения, то есть параллельно границе раздела сред.

(Закон Брюстера)

Это условие записывается следующим образом,

tg Б = n21. (1)

Здесь Б — угол падения света, называемый углом Брюстера, n21 — относительный показатель преломления3 второй среды относительно первой.

Хотя отражённый луч и не содержит электрических колебаний в плоскости падения, преломленный (прошедший в среду 2) луч будет поляризован лишь частично.

Л егко убедиться в том, чтопри падении света под углом Брюстера отражённый и преломленный лучи взаимноперпендикулярны (рис. 4).

Степень поляризации преломленного луча можно увеличить, если заставить луч многократно преломляться при условии падения под углом Брюстера. Например, если для стекла с n=1,53 степень поляризации преломленного луча ≈15%, то после прохождения стопы из 8÷10 наложенных друг на друга стеклянных пластин вышедший свет будет практически полностью поляризован. Такой поляризатор называется стопой Столетова.