Słapiński Mariusz                                                                                                                               Białystok 03.10.1999

Elektronika i Telekomunikacja

Grupa C5

Ćwiczenie O-6

Sprawdzanie prawa Malusa

Zadanie 1. Omówić zjawisko dwójłomności i zasadę działania polaryzatorów dichroicznych (polaroidy).

              Zjawisko dichroizmu polega na niejednakowym pochłanianiu promienia zwyczajnego i nadzwyczajnego przez daną substancję. Można tak dobrać grubość warstwy krystalicznej, że po jej przejściu jeden z promieni ulega całkowitemu wygaszeniu. Na drugą stronę warstwy przejdzie wówczas jedynie promień pozostały o mniejszym natężeniu, ale spolaryzowany liniowo. Zjawisko to znajduje zastosowanie przy wytwarzaniu cienkich warstewek polaryzujących światło liniowo, zwanych polaroidami albo filtrami polaryzującymi.

Poleryzacja światła przez płytkę dichroiczną

Zadanie 2. Sprawdzenie prawa Malusa

              Promieniowi światła przypisujemy wektor świetlny E. Reprezentuje on natężenie pola elektrycznego, drgającego prostopadle do kierunku promieniowania. W fali świetlnej niespolaryzowanej drgania te są nieuporządkowane, prostopadłe do promienia, leżą w różnych płaszczyznach przechodzących przez ten promień. W fali spolaryzowanej liniowo drgania wektora E odbywają się w jednej płaszczyźnie. Istnieje możliwość rozkładu drgań wektora E na kierunki składowe (taka możliwość ma miejsce przy przechodzeniu światła przez kryształy). W krysztale drgania wektora E nie mogą odbywać się w kierunku dowolnym, lecz tylko w dwu możliwych kierunkach :

-    równoległym do przecięcia głównego OO1

-          prostopadłym do przecięcia głównego BB1

A

A

B1

B

O1

O

E

Ez

En

a

Płaszczyznę przecięcia głównego wyznaczają: kierunek promienia i kierunek osi optycznej. Ponieważ kryształ narzuca promieniowaniu padającymi dwa możliwe kierunki drgań, więc wektor E rozkłada się na dwa drgania składowe En i Ez

gdzie:

a - kąt zawarty między płaszczyznami drgań w promieniu padającym i promieniu załamanym zwyczajnym

              Ez – wektor świetlny  promienia zwyczajnego, prostopadły do płaszczyzny przecięcia głównego

              En – wektor świetlny  promienia nadzwyczajnego

Ponieważ strumień świetlny F jest proporcjonalny do kwadratu amplitudy drgań wektora świetlnego E, stąd otrzymujemy:

gdzie:

              F0 - strumień światła padającego na płytkę

Korzystając z zależności fotoprądu i strumienia świetlnego F otrzymujemy:

gdzie:

I - światłość (natężenie światła) spolaryzowanego liniowo po przejściu przez polaryzator optyczny,

I0 - światłość (natężenie światła) padającego,

a – kąt między płaszczyzną polaryzacji światła padającego na i płaszczyzną polaryzacji światła po przejściu przez            polaryzator (płaszczyznę polaryzatora).

Zadanie 3.Wyjaśnić zjawisko skręcenia płaszczyzny polaryzacji przez ośrodki optycznie czynne.

Jeśli pomiędzy dwa polaroidy wstawić płytkę kwarcu wyciętą prostopadle do osi optycznej, to w świetle jednorodnym zauważymy rozjaśnienie pole widzenia. Rozjaśnienie to można usunąć obracając analizator o pewien kąt j. Jest oczywiste, że potrzeba skręcania analizatora wynika na skutek działania płytki kwarcowej, która spowodowała skręcenie płaszczyzny polaryzacji. Ciała wykazujące tą właściwość nazywamy ośrodkami optycznie czynnymi. Ciało optycznie czynne dzieli padającą wiązkę spolaryzowaną liniowo na składową spolaryzowaną kołowo.Zjawisko to nosi nazwę dwójłomności kołowej – oznacza takie uporządkowanie drgań, przy której wektor świetlny E obraca się naokoło promienia światła; jego koniec zakreśla linię śrubową.

Wykonanie ćwiczenia:

Matówka

Konwerter I/U

Oświetlaczz

Polaryzator

Analizator

Fotoogniwo

Ława optyczna

Schemat optyczny układu do sprawdzania prawa Malusa

Sposób wykonania ćwiczenia:

-          podłączyć układ do sieci zasilającej,

-  wyzerować wskazania konwertera I/U (przy zasłoniętym fotoogniwie regulować potencjometrem ZERO konwertera na zakresie 200 nA aż do otrzymania wskazania 0,00),

-          wyzerować polaroid, na który pada strumień świetlny z oświetlacza (polaryzator),

-          wyzerować polaroid, na który pada strumień świetlny spolaryzowany (analizator),

-    odsłonić fotoogniwo i zanotować wskazania konwertera tj. wartość fotoprądu i0 (fotoprąd jest wprost proporcjonalny do natężenia oświetlenia, a tym samym do światłości I0 źródła światła),

-          skręcać analizator co 50 i zapisywać wskazania konwertera „i”,

-          wykreślić na papierze milimetrowym zależność i/i0 w funkcji kąta a.