Теория метода и методика проведения эксперимента




Область излучения лазера представляет собой тонкую вытянутую щель. Это хорошо видно на экране наблюдения, если расширить пучок лазера с помощью линзы и наблюдать за ним на экране. Лазерный модуль вращают в оправе, в которой он закреплен. Изучение поляризованного света осуществляется на экспериментальной установке, ход лучей в которой представлен на рис. 4. Излучение лазера падает под углом φ на стеклянную пластинку П. Большая часть света проходит через пластину. Небольшая часть света отражается от пластины и падает на экран. На экране хорошо видно пятно отраженного луча лазера. Между пластиной и экраном наблюдения ставится поляроид, который может вращаться. Вращение поляроида осуществляется вокруг отраженного от пластины лазерного луча. Плоскость падения лазерного луча в опыте параллельна горизонтальной плоскости лабораторного стола, на котором выполнены опыты. Отражение под углом Брюстера дает простой способ получения поляризованного света. В эксперименте при отражении лазерного луча света от пластины под углом Брюстера составляющей Е в отраженном свете не будет.

Рис. 4. Ход лучей в эксперименте по изучению поляризованного света

 

Модуль выставляют так, чтобы светящаяся лазерная щель составляла с горизонтальной плоскостью стола угол близкий к 45°. В этом положении лазерный модуль закрепляется. Отраженное от пластин П лазерное излучение, пройдя поляроид Р1, падает на экран..Ведется визуальное наблюдение за яркостью лазерного пятна на экране. Вращая отражающую пластину П и поляроид Р1 добиваются минимального освещения пятна на экране. Определяется угол Брюстера. По углу Брюстера определяется коэффициент преломления стеклянной пластинки.

В следующем опыте (рис 5) излучение лазера прошедшее поляроид и анализатор, падает на фотоприемное устройство и это позволяет проверить зависимость интенсивности излучения на выходе анализатора от угла α между разрешенными направлениями поляроидов.

 
 

 

 


Рис.5. Схема при проверке выполнения закона Малюса.

Измеряется мощность лазерного излучения, прошедшего поляроид Р2. Вращением поляроида Р2 находится его положение, когда показания измерителя максимальны. Это соответствует положению электрического вектора в падающем лазерном излучении В полупроводниковом лазере лазерное излучение практически линейно поляризовано (эллиптичность отношение порядка 102). Электрический вектор излучения лазера параллелен направлению излучающей щели. Вращением поляроида Р2 оценивается отношение для излучения лазера (его эллиптичность).

Считая излучение лазера линейно поляризованным, фиксируют плоскости колебания вектора Е по поляроиду Р2 (по максимальному значению сигнала на выходе с ФП). Вращением поляроида Р2 меняют угол между направлением вектора Е и разрешенным направлением поляроида Р2. Измеряют значение сигнала на выходе ФП. Проверяют справедливость закона Малюса.

 

5.Ход работы

1. Соберите схему согласно рис. 6. На экране закрепляется лист бумаги для зарисовки. Включите лазер. На экране видно лазерное пятно. Откройте стопорный винт в оправе, которая держит лазер. Поверните модуль лазера в оправе так, чтобы лазерное вытянутое пятно на экране наблюдения приняло положение близкое к 45° по отношению к лабораторному столу. Карандашом зарисуйте положение освещенной области на экране. Снимите бумагу с экрана.

 

 
 

Рис. 6. Схема ориентации лазерного пучка в опытах.

 

2. Положение лазера оставьте неизменным. Снимите с направляющей линзу и экран. Соберите схему согласно рисунку 4. В положение направляющей поместите стеклянную пластину П во вращающейся оправе на рейтере. Отраженный от пластины лазерный луч направьте на лазерный модуль. Подведите отраженный луч как можно ближе к падающему лучу. Запишите показания нониуса оправы пластинки П. Считайте это значение началом отсчета. Поверните оправу с пластинкой на угол близкий к 50°. Пластину П поворачивают так, чтобы плоскость падения лазерного луча была горизонтальна. Установите вдоль отраженного от пластинки П лазерного луча подставку вспомогательную небольшую направляющую. Поставьте на ней поляроид Р1 во вращающейся оправе на рейтере и экран с закрепленным листом белой бумаги. Отраженный от стеклянной пластины и прошедший сквозь поляроид Р1 свет наблюдают на экране.

Поворачивая поляроид вокруг направления луча, можно заметить, что яркость меняется. Поляроид нужно оставить в том положении, когда яркость минимальна. После этого вращают стеклянную пластину вокруг вертикальной оси, снова добиваются минимальной интенсивности отражения луча на экране. Затем положение поляроида и пластины можно несколько уточнить. В таком положении система, состоящая из поляроида и стеклянной пластины, практически не пропускает лазерный свет. Это означает, что пластина установлена под углом Брюстера. Запишите значение угла при котором яркость пятна на экране минимальна. Зная начальное значение угла и полученное, определите величину угла Брюстера. Используя формулу 1 найдите значение коэффициента преломления стеклянной пластины. Сравните полученные значения с табличными и определите ошибку опыта.

3. Не меняя положения пластины П, при величине угла, равном углу Брюстера, поверните поляроид Р1 вокруг направления луча так, чтобы на экране была получена максимальная яркость пятна. Зафиксируйте это положение. Снимите и запишите в тетрадь показания с нониуса поляроида. Сделайте это 5 раз. Найдите средние значения ошибки. Это значение соответствует разрешенному положению поляроида Р1.

4. В общей схеме установки рис. 4 снимите стеклянную пластину с оправой. В положение направляющей поставьте фотоприемное устройство (ФП) с измерителем мощности излучения лазера. Включите его. Излучение лазера направьте на измеритель. Схему настройте так, чтобы все излучение лазера попадало на измеритель. Добейтесь, максимальных показаний прибора. В положение направляющей поставьте рейтер с поляроидом Р1 во вращающейся оправе.

5. Вращая поляроид вокруг луча лазера, наблюдайте за изменением показаний прибора. Получите максимальные показания прибора Зафиксируйте и запишите в тетрадь значения нониуса на поляроиде. Полученные значения сравните с результатами для разрешенного направления поляроида, полученными выше в пункте 3. Получите минимальное показание прибора. Опередите эллиптичность лазерного излучения.

6. За поляроидом P1 поставьте поляроид Р2 в оправе без вращения (см. рис.5). Вращая поляроид P1 и наблюдая за показаниями измерителя мощности, найдите разрешенное положение поляроида Р2.

7. При падении лазерного излучения на измерительный прибор снимите зависимость показаний прибора от угла поворота поляроида. Угол α отсчитывать от положения соответствующего максимальному значению в показаниях прибора, т.е. от разрешенного направления поляроида. Результаты занесите в таблицу. Постройте график. Проверьте справедливость закона Малюса (2). Для этого по оси абсцисс отложите значения сos2α, а по оси ординат - величину показаний прибора в относительных единицах . На экспериментальные точки графика наложите рассчитанные данные при значении I0 = 1.

 

Контрольные вопросы

1. В чём отличие естественного и поляризованного света.

2. Что такое степень поляризации света?

3. Сформулируйте закон Брюстера.(Физический смысл угла Брюстера.)

4. Формулировка закона Малюса.

5. Что такое поляризатор и анализатор? Какие физические явления используются в поляризаторах? Объясните сущность этих явлений.

6. Поясните вывод рабочей формулы.

7. Объясните работу опытной установки.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-11-22 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: