Ćwiczenie O10

Ćwiczenie O10
SPRAWDZENIE PRAWA MALUSA
Fala elekromagnetyczna jest wektorem E . Odpowiada on natężeniu pola elektrycznego,
drgającego prostopadle do kierunku rozchodzenia się. Jeżeli mamy światło niespolaryzowane
to żaden z tych kierunków drgań nie jest kierunkiem wyróżnionym. W fali spolaryzowanej
liniowo, wektor elektryczny drga tylko w jednej płaszczyźnie. Polaryzację światła zyskujemy
dzięki tzw. polaryzatorom. Działanie tych przyrządów oparte jest na polaryzacji światła przy
odbiciu i załamaniu na granicy dwóch ośrodków dielektrycznych, a także na zjawisku
dwójłomności i dichroizmu.
Urządzenia te można stosować jako analizatory.
p
Ap
A1
α
a
A2
Jeżeli na analizator pada prostopadle do powierzchni światło spolaryzowane liniowo, którego
wektor elektryczny E p o amplitudzie Ap jest skierowany wzdłuż linii p.
Wektor E a światła przepuszczanego przez analizator jest skierowany wzdłuż linii a
tworzącej z linią p kąt α. Wektor E rozkłada się na dwa drgania składowe E1 i E 2 o
następujących amplitudach:
A1 = Ap sin α
A2 = Ap cos α
Zatem amplituda światła przechodzącego przez analizator wynosi:
Aa = A2 = Ap cos α
Natężenie Ia światła spolaryzowanego przechodzącego przez analizator wyraża kwadrat
amplitudy, stąd otrzymujemy tzw. prawo Malusa, które określa zależność natężenia światła
od kąta α jaki płaszczyzna polaryzacji analizatora tworzy z płaszczyzną polaryzacji
polaryzatora.
Zależność tą określa prawo Malusa:
I = I 0 cos 2 α
Kolejność wykonywanych czynności:
1. Przeprowadzamy analizę polaryzacji światła lasera półprzewodnikowego.
W tym celu montujemy układ w skład którego wchodzą: laser, ława optyczna, analizator i
fotodioda za pomocą której mierzymy natężenie światła przechodzącego przez analizator.
Analizator
Laser
Fotodioda
Zmierzyć natężenie światła laserowego Io bez analizatora a następnie zamontować na ławie
optycznej analizator i zmierzyć natężenie światła przechodzącego przez analizator obracając
go co 10˚.
Wyniki notujemy w tabeli:
α
I0
I
[°]
[ µA]
[ µA]
I
I0
0
10
20
...
360
Sporządzić wykres funkcji
I
= f (α )
I0
z zaznaczeniem na wykresie niepewności
pomiarowych.
2. Wyznaczanie stopnia P polaryzacji polaryzatora.
Montujemy układ :
Polaryzator
Analizator
Żarówka
Przystępując do pomiarów w miejsce lasera montujemy żarówkę.
Fotodioda
W skład układu pomiarowego wchodzą:
-soczewka skupiająca światło na fotodiodzie
-polaryzator P zaopatrzony w podziałkę kątową s
-analizator A, który pozostaje nieruchomy
Fotometr oświetlamy żarówką zasilaną poprzez transformator 220V/6V.
Dobieramy taką odległość żarówki, by dla kąta α=0 między płaszczyznami polaryzacji
analizatora i polaryzatora uzyskać duże wskazanie Io miernika.
Następnie jeden z polaryzatorów obracamy naokoło osi przyrządu, co 10˚ i odczytujemy
natężenie prądu I w obwodzie fotodiody. Mierzymy zależność prądu I od α i przedstawiamy
ją na wykresie zaznaczając niepewności pomiarowe.
Określamy stopień polaryzacji :
P=
I max − I min
I max + I min
Wyniki przedstawić w tabeli:
α
I
[°]
[ µA]
0
10
20
...
360