Упражнение 2. Исследование пластинки в четверть длины волны. Получение излучения, поляризованного по кругу

1. Установить в среднее гнездо пластинку (анализатор отсутствует).

2. Убедиться в том, что интенсивность света, прошедшего через пластинку, не зависит от её ориентации. Для этого провести измерения интенсивности за один полный оборот пластинки, поворачивая каждый раз пластинку на 10-15 градусов. Поскольку плёнки из полимера обладают небольшим поглощением, зависящим от направления поляризации падающего излучения, то будет наблюдаться некоторое изменение интенсивности. Отметить минимальное и максимальное значения интенсивности и записать полученные значения в тетрадь (построение графика не требуется).

3. Установить в ближайшее к фотоприемнику гнездо поляроид-анализатор и убрать пластинку . Повернуть анализатор так, чтобы интенсивность прошедшего света была максимальной, т.е. поляризатор и анализатор расположены параллельно (при правильной ориентировке анализатора значение угла на его шкале будет равно 0 или 180 градусам). После этого вновь установить пластинку .

4. Последовательно поворачивая пластинку каждый раз на 5-10 градусов, провести измерения зависимости фототока от угла поворота (для одного полного оборота). При этом следует с максимально возможной точностью определить значения углов, при которых интенсивность света принимает максимальное или минимальное значения (таких углов должно быть по четыре для каждого случая).

В соответствии с формулой (4), описывающей измеряемую зависимость, значения интенсивности в точках максимумов (или минимумов) должны быть одинаковыми. Однако из-за наличия поглощения в пленке значения будут несколько отличаться друг от друга. Поэтому следует вычислить среднее арифметическое для максимальных и минимальных значений интенсивности и оценить погрешность. По формуле (5) найти значение разности фаз , вносимой пластинкой и оценить погрешность. Исследуемая пластинка является пластинкой , поэтому значение должно получиться близким к .

5. Построить на заготовленной координатной сетке в полярных координатах график зависимости нормированного значения интенсивности от угла поворота пластинки (значение интенсивности нормируется на ее среднее максимальное значение).

6. Найти на графике значения четырех углов ориентации пластины, для которых интенсивность прошедшего света максимальна, и провести через полученные значения отсчётов два диаметра. В соответствии с теорией, эти диаметры должны быть взаимно перпендикулярны, при этом один из них должен совпадать по направлению с оптической осью кристалла (в дальнейшем получившиеся оси будем называть их осями ориентации пластинки). Записать полученные значения углов (обозначим их ).

7. Повернуть оправу пластинки и установить на ней отсчёт, соответствующий биссектрисе угла между осями ориентации - это значение отсчета должно соответствовать направлению на минимум интенсивности. В результате проходящий через пластинку свет должен быть поляризован по кругу. Так как небольшие погрешности (на 5-7 градусов) при установке пластинки приводят к существенным отличиям поляризации от круговой, то следует придерживаться следующей методики.

После установки пластинки в нужное положение провернуть анализатор на один полный оборот и запомнить минимальное и максимальное значения интенсивности. Если эти значения отличаются более чем на 10 процентов, то слегка (на 2-3 градуса) повернуть пластинку и повторить измерения. Подобные операции следует проводить до тех пор, пока отличие не станет менее 10 процентов. Если не удается добиться удовлетворительного результата, то следует повернуть пластинку на 90 градусов и провести аналогичные поиски для другого направления.

Пластинка обладает поглощением, поэтому добиться идеальной циклической поляризации не удастся, но необходимо найти такую ориентацию пластинки, для которой регистрируемая зависимость будет максимально близкой к круговой. Записать значение угла поворота пластинки, при котором была получена циклическая поляризация.

8 Поворачивая анализатор каждый раз на 5-10 градусов, провести измерения зависимости фототока от угла поворота анализатора (для одного полного оборота). Построить на той же координатной сетке, что и в пункте 5 настоящего упражнения, соответствующий график для нормированной интенсивности.

 

Упражнение 3. Получение и исследование эллиптически поляризованного света с помощью пластинки

Изменить найденную для получения круговой поляризации ориентацию пластинки на угол +30° (либо -30°). Провести (так же, как и в предыдущих упражнениях) анализ поляризованного света и построить на одной координатной сетке график зависимости нормированной интенсивности от угла поворота анализатора.

2. В дальнейшем следует определить форму светового колебания, т.е. построить на той же координатной сетке фигуру, описываемую концом вектора в распространяющейся волне. Согласно теории, полученная фигура должна представлять собой эллипс, ориентация осей которого должна совпадать с направлениями на минимум и максимум интенсивности (для пластинки эти оси должны соответствовать осям ориентации пластинки). Для нахождения полуосей эллипса а и b следует извлечь квадратный корень из отношения (амплитуда пропорциональна квадратному корню из интенсивности).

3. Рассчитать на основе теоретических представлений отношение полуосей эллипса и сравнить его с полученным в эксперименте. Зная соотношение полуосей а и b, построить на тех же осях эллипс в соответствии с формулой

.