Лабораторная работа № 12

Исследование поляризационного светофильтра – поляроида

Цель работы – исследовать зависимость светопропускания и степени поляризации света поляроидом от длины волны в видимой области спектра. Ознакомиться со способом учета влияния неполной поляризации света, падающего на исследуемый поляроид.

Современный промышленно выпускаемый поляризационный светофильтр – поляроид – представляет собой поляризующую свет пленку (пленку растянутого и иодированного поливинилового спирта), заключенную между защитными плоскопараллельными стеклянными пластинками или полимерными пленками.

Поляроиды широко применяются в науке и технике для получения и исследования поляризованного света:

– в поляризационных микроскопах, поляриметрах, сахариметрах и ряде других приборов для создания линейной или циркулярной (в сочетании с фазовым элементом) поляризации;

– в установках для исследования напряжений в различных объектах и моделях интерференционно – поляризационным методом;

– в фотометрах в качестве ослабителей излучения;

– для создания стереоскопического эффекта;

– для гашения бликов при фотографировании объектов на воде, картин, написанных масляными красками, и в других аналогичных случаях;

– для защиты шофера от слепящего действия фар встреч­ных автомашин.

Это объясняется их удобной формой, возможностью получения образцов больших размеров, весьма высокой степенью поляризации излучения при очень большом апертурном угле поляризации. Поляроиды хорошо работают в видимой области спектра, но область их использования может быть расширена как в ультрафиолетовую (до 240 нм), так и в инфракрасную (до 2400 нм) области.

Недостатками поляроидов является не 100% степень поляризации и ее зависимость от длины волны, весьма значительное и селективное поглощение света [1,2,3].

Под степенью поляриза­ции понимают отношение максимальной разности двух вза­имно-перпендикулярных составляющих, на которое может быть разложено данное частично поляризованное излучение, к сумме этих составляющих:

(1)

Для поляризационного светофильтра выражение (1) может быть записано в виде

(1¢)

где T_s – максимальный коэффициент пропускания поляроида для линейно – поляризованного света, T_p – ми­нимальный.

Для измерения степени поляризации поляризаторов, как правило, используется 100% линейно – поляризованный свет, полу­чаемый, например, с помощью призмы Франка – Риттера (Глана – Томсона, Аренса).

В этом случае процесс измерения сводится к получению коэффициентов пропускания T_s и T_p, а степень поляризации вычисляется по формуле (1¢)

Измерение степени поляризации поляроида таким способом является задачей первой части работы.

Возможен другой метод измерения, основанный на применении двух одинаковых поляроидов. Однако в этом случае вследствие неполной поляризации света поляроидами необходимо учитывать поляризующие свойства источника света и монохроматора. В процессе измерений положения плоскостей поляризации света, выделяемых поляроидами, меняются относительно плоскостей поляризации источника света и монохроматора.

Как будет показано ниже, учесть влияние поляризующих свойств источника и монохроматора можно, проводя измерения

по определенной методике. Измерения по этой методике проводятся во второй части работы.

Вычислим, какова будет интенсивность излучения на выходе из монохроматора при различных взаимных положениях поляроидов относительно неизменных преимущественных плоскостей поляризации источника света и монохроматора. Обозначим через и пропускание монохроматора для света, линейно – поляризованного таким образом, что колебания электрического вектора будут совершаться параллельно и перпендикулярно щели (p и s – компоненты соответственно). Интенсивность p и s – компонент излучения источника обозначим соответственно и . Возможно четыре независимых взаимных положения плоскостей поляризации поляроидов П ₁ и П ₂ относительно друг друга и относительно плоскостей поляризации источника И и монохроматора М (рис. 1).

И П1 П2 М

И П1 П2 М

И П1 П2 М

И П1 П2 М

Рис. 1. Взаимное расположение плоскостей поляризации источника света, поляризаторов и монохроматора

Первое положение. Интенсивность излучения на выходе монохроматора в этом случае:

(2)

Второе положение:

(3)

Третье положение:

(4)

Четвертое положение:

(5)

Как видно, Ф ₂ = Ф ₄. Легко показать, что при любом повороте скрещенных поляроидов вокруг оптической оси интенсивность прошедшего света не будет меняться. Из формул (3) и (5) следует, что

(6)

Из равенств (2) и (4) получаем

, (7)

где n ₁, n ₂, n ₃ – соответствующие отсчеты по гальванометру, а к – коэффициент пропорциональности.

Складывая и вычитая выражения (6) и (7), получим

(8)

(9)

Из формул (8) и (9) следует, что степень поляризации исследуемого поляроида

(10)

Используя выражения (2), (3), (4) и (5), можно также получить величину суммарной степени поляризации источника света и монохроматора:

(11)