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 №3

РМС 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИСПЕРСИИ ОПТИЧЕСКОГО СТЕКЛА

Цель работы – определение показателей преломления оптического стекла для различных длин волн и построение кривой дисперсии.

Теоретическая часть

Дисперсией света принято называть зависимость показателя преломления от длины волны или от частоты электромагнитных световых колебаний. Это явление объясняется разной фазовой скоростью распространения в веществе световых волн различной длины. Показатель преломления вещества представляет собой отношение фазовой скорости света в пустоте к скорости его в данной среде

.

Если скорость света в среде зависит от длины волны, то и показатель преломления среды должен зависеть от длины волны. Дисперсией вещества называют явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества от длины волны света, или, что то же самое, зависимости фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Дисперсией обладают практически все прозрачные среды, кроме вакуума, где скорость распространения всех электромагнитных волн любой длины одинакова.

Всякий метод, который применяется для определения показателя преломления (преломление в призмах, полное внутреннее отражение, интерференционные методы), может служить для обнаружения явления дисперсии.

В данной работе измерение показателей преломления производится для оптического стекла, имеющего форму призмы. Разложение белого света в спектр при прохождении его через призму вызвано явлением дисперсии. Свет разных длин волн (разного цвета) неодинаково преломляется на границе двух прозрачных сред, так как .

Для оптической призмы существует связь угла отклонения лучей призмой от их первоначального направления с показателем преломления стекла призмы n, преломляющим углом призмы А и углом падения лучей на призму . Используя эту зависимость, можно определить показатели преломления вещества призмы. Данный метод и применяется в работе.

При некотором определенном угле падения лучей на призму угол отклонения лучей призмой  принимает наименьшее значение. Этот угол носит название угла наименьшего отклонения _min. В этом случае угол падения лучей на призму  (рис. 1) равен углу их выхода из призмы, то есть луч в призме идет параллельно основанию. Установим для этого случая связь A и _min.

Запишем закон преломления света для входной грани призмы . Из рис. 1 следует, что

из четырехугольника NKCM,

.

Отсюда . Подставляя значения в закон преломления, получаем

.

Из формулы видно, что в работе должны быть измерены углы А и _min для различных длин волн и затем рассчитаны значения показателя преломления.