Исследование поляризованного света. Отчет физика 6. Лабораторная работа 6 По дисциплине Физика (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Название	Лабораторная работа 6 По дисциплине Физика (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Анкор	Исследование поляризованного света
Дата	24.10.2022
Размер	180.58 Kb.
Формат файла
Имя файла	Отчет физика 6.docx
Тип	Лабораторная работа #752531

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей и технической физики

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

По дисциплине Физика

^{(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)}

Тема работы: Исследование поляризованного света

Выполнил: студент гр.

^{(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)}

Оценка:

Дата:

Проверил

руководитель работы:

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2022

Цель работы: исследовать степень поляризации лазерного излучения, круговой поляризации, изучить закон Малюса и эллиптическую поляризацию.

Изучаемое явление: поляризация.

Краткие теоретические сведения:

Видимый свет представляет собой электромагнитные волны с длинами волн от 4*10^-7 м (фиолетовый) до 7*10^-7 м (красный).

Естественный свет – это свет, при котором колебания векторов и происходят по всевозможным направлениям в поперечной плоскости.

Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным

Некоторые источники (лазеры) могут испускать поляризованный свет. В таком свете колебания электрического и магнитного полей происходят не по всем направлениям, а только в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Такой свет называют линейно поляризованным (или плоско поляризованным).

Имеется пять типов поляризованного света:

- естественный или неполяризованный свет;

- частично-поляризованный свет;

- линейноили плоско-поляризованный свет;

- свет, поляризованный по кругу (циркульно);

- эллиптически-поляризованный свет.

Закон Малюса: интенсивность света I, выходящего из анализатора, пропорциональна квадрату косинуса угла α между направлением плоскостей пропускания вектора Е поляризатора и анализатора.

I=I₀cos² φ – закон Малюса

Схема установки:

Излучение лазера 1 (рис. 1) проходит через поляризатор 2 , анализатор 4 и попадает на фотодетектор 5. Фототок, пропорциональный интенсивности света, прошедшего через анализатор, измеряется микроамперметром 6, включённым в режиме измерения тока. В оптический канал может вводиться четвертьволновая пластина 3. Полупроводниковый лазер находится в цилиндрическом кожухе, укреплённом на стойке.

Поляризатор (2) размещается в полукруглом держателе на стойке. Анализатор (4) укреплён в поворотном элементе со шкалой для отсчёта угла в градусах и зубчатым колесом, облегчающим вращение. Четвертьволновая пластина смонтирована в круглой оправе с нанесённой по ободу шкалой по углу.

Основные расчетные формулы:

1. Закон Малюса:

I=I₀cos² φ,

где I – интенсивность падающего излучения;

I₀– интенсивность выходящего излучения;

α – угол между плоскостью колебаний электромагнитного вектора, падающего на поляризатор излучения и главной плоскостью поляризатора.

2. Степень поляризации:

где I_max – максимальное значение интенсивности,

I_min– минимальное значение интенсивности.

3. Отношение полуосей эллипса поляризации:

где E_x, E_y– полуоси эллипса поляризации,

I_max – максимальное значение интенсивности,

I_min– минимальное значение интенсивности.

Погрешности прямых измерений:

Δφ=0,5^◦

ΔI=10^-9 А

Исследование степени поляризации лазерного излучения

Таблица 1

φ, град.	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
I, мкА	0,008	0,003	0,007	0,027	0,038	0,046	0,053	0,058	0,06	0,062
φ, град.	100	110	120	130	140	150	160	170	180
I, мкА	0,064	0,062	0,059	0,055	0,051	0,041	0,028	0,017	0,007

График 1 – График зависимости I=f(ϕ)

Изучение закона Малюса

Таблица 2

φ, град.	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
I, мкА	0,064	0,063	0,06	0,055	0,049	0,04	0,028	0,017	0,007	0,003
I/I₀	1	0,9844	0,9375	0,8594	0,7656	0,625	0,4375	0,2656	0,1094	0,0468
cos² φ	1	0,9698	0,8830	0,75	0,5868	0,4132	0,25	0,1170	0,030	0

φ, град.	100	110	120	130	140	150	160	170	180
I, мкА	0,01	0,018	0,029	0,039	0,048	0,054	0,059	0,062	0,064
I/I₀	0,1563	0,2816	0,4531	0,6094	0,75	0,8438	0,9219	0,9688	1
cos² φ	0,030	0,1170	0,25	0,4132	0,5868	0,75	0,8830	0,9698	1

I_max=0,064 мкА

I_min=0,003 мкА

Находим степень поляризации по формуле:

График 2 – графики для экспериментальных данных

и функции I₀cos²φ в зависимости от угла поворота

График 3 – график I/I₀ = f (cos²φ).

Проанализировав получившийся график, можно сделать вывод, что закон Малюса выполняется. А также из графика следует, что исследуемый свет полностью поляризуемый.

Исследование круговой поляризации

Таблица 3

Ѳ, град.	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
I _min, мкА	0,004	0,003	0,012	0,021	0,022	0,013	0,008	0,003	0,002	0,002	0,003
I _max, мкА	0,036	0,037	0,033	0,028	0,024	0,024	0,028	0,01	0,007	0,006	0,007

Ѳ, град.	110	120	130	140	150	160	170	180	190	200	210
I _min, мкА	0,003	0,003	0,003	0,002	0,002	0,002	0,001	0,008	0,009	0,014	0,018
I _max, мкА	0,005	0,004	0,003	0,003	0,005	0,004	0,003	0,031	0,028	0,028	0,024

Ѳ, град.	220	230	240	250	260	270	280	290	300	310	320
I _min, мкА	0,024	0,018	0,011	0,008	0,004	0,007	0,014	0,018	0,02	0,021	0,027
I _max, мкА	0,025	0,025	0,028	0,034	0,033	0,034	0,03	0,03	0,028	0,025	0,037

Ѳ, град.	320	330	340	350	360
I _min, мкА	0,027	0,011	0,01	0,002	0,004
I _max, мкА	0,037	0,031	0,038	0,034	0,037

Разница между I_max и I_min будет наименьшей при Ѳ=130^°, а значит, в этом положении наблюдается круговая поляризация.

Таблица 4

φ, град.	0	20	40	60	80	100	120	140	160	180
I, мкА	0,021	0,02	0,021	0,022	0,024	0,025	0,027	0,026	0,024	0,022

φ, град.	200	220	240	260	280	300	320	340	360
I, мкА	0,021	0,022	0,023	0,024	0,025	0,026	0,025	0,023	0,021

График 4 - круговая поляризация

Получаем, что при угле ϕ=130^°действительно круговая поляризация.

Изучение эллиптической поляризации

Таблица 5

φ, град.	0	20	40	60	80	100	120	140	160	180
I, мкА	0,01	0,005	0,01	0,021	0,03	0,035	0,034	0,03	0,031	0,01

φ, град.	200	220	240	260	280	300	320	340	360
I, мкА	0,005	0,011	0,022	0,03	0,034	0,034	0,028	0,02	0,01

График 5 -

для эллиптической поляризации

По получившемуся графику, можно сделать вывод о том, что происходит эллиптическая поляризация.

I_max=0,035 мкА

I_min=0,005 мкА

Отношение полуосей эллипса поляризации:

Погрешность косвенных измерений

Вывод: Во время работы было изучено явление поляризации света, была определена степень поляризации в первом опыте. На практике был исследован закон Малюса. Были изучены круговая и эллиптическая поляризации, а также получены их графики.