vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Расстояния между соседними штрихами соответствующих полей миры № 2 в 2 раза больше, № 3 в 4 раза, № 4 в 8 раз, № 5 в 16 раз больше, чем в мире 1. Наблюдая в микроскоп изображение миры, полученное с помощью исследуемого объектива, необходимо определить, с какого номера поля штрихи в квадратиках сливаются.

Оптическая установка (оптическая скамья) представляет большую материальную ценность. Поэтому при работе на скамье необходимо проявлять осторожность! Экспериментальную работу можно начинать только с разрешения преподавателя. Категорически запрещается касаться пальцами рабочих поверхностей объективов!

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1.Включаем осветитель и устанавливаем один из светофильтров.

2.Полностью раскрываем диафрагму, исследуемого объектива.

3.Перемещая микроскоп 5 по рельсу оптической скамьи, при непрерывном наблюдении находим изображение миры, которая в данный момент находится против объектива коллиматора. Точно фокусируем изображение винтом плавного хода микроскопа.

4.Замечаем элементы миры, которые можно четко рассмотреть. Если таковых нет, то либо плохо проведена фокусировка, либо необходимо перейти к более крупной мире. Если же все элементы миры вплоть до самых мелких разрешены, то следует перейти к более мелкой мире. Номер миры и номер последнего разрешенного элемента миры записываем в табл.2.

Таблица 2

5.Повторяем измерения для всех диаметров диафрагм, указанных в таблице, приложенной

кустановке.

6.Вычисляем по формуле (3) разрешающую силу объектива для данной длины волны при различных диаметрах диафрагмы.

7.Укрепляем на осветителе второй светофильтр и, проделав измерения для всех

диаметров, вычисляем эксп, для длины волны, выделяемой этим фильтром.

8.Установив третий фильтр, повторяем все операции, указанные в пп. 3-6.

9.Для всех длин волн и диаметров диафрагмы объектива вычисляем теор по формуле (2).

10.Результаты измерений и вычисления заносим в табл.2 и на одном чертеже строим

графики зависимости эксп = f(D) и теор= f(D), для каждой длины волны (три графика), чтобы сравнить теоретические расчеты с результатами эксперимента.

6. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА

18

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Вв е д е н и е . Видимый свет, как известно, представляет собой электромагнитные волны

сдлинами волн ( ) от 4 10 7 до 7 10 7 м. В электромагнитной волне векторы напряженности

электрического поля Е и магнитного поля H взаимно перпендикулярны и одновременно перпендикулярны направлению распространения волны r (рис.1). Плоскость, проведенную через направления E и r , называют плоскостью колебаний электрического вектора.

Для полной характеристики волны задают ее длину , модули векторов E и H , и ориентацию в пространстве плоскости колебаний электрического вектора. Если для некоторого пучка света плоскость колебаний электрического вектора не изменяет положение в пространстве, то такой свет называют линейно поляризованным.

Естественный или неполяризованный свет можно рассматривать как наложение многих электромагнитных волн, распространяющихся в одном и том же направлении, но со всевозможными ориентациями плоскостей колебаний. Таким образом, для неполяризованного света нельзя указать даже плоскость преимущественного расположения вектора напряженности

электрического поля E . Все ориентации этого вектора равновероятны. Если же имеется какоелибо преимущественное направление ориентации вектора E , то световой пучек называют частично - поляризованным.

Если в световом пучке вектор Е имеет составляющие как по оси х так и по оси у, причем

этом случае говорят об эллиптической поляризации светового пучка. Таким образом имеется 5ть типов поляризованного света:

1)линейная или плоская поляризация;

2)естественный или не поляризованный свет;

3)свет с частичной поляризацией;

4)круговая поляризация;

5)эллиптическая поляризация.

Пусть на поляризатор падает плоско поляризованное излучение интенсивности I0 (рис. 2). Разложим вектор E0 на две составляющие, лежащие в главной плоскости поляризатора: Е|| = Е0 cos φ, и перпендикулярную ей : E = E0 sin φ, где φ – угол между плоскостью колебаний

Главная плоскость поляризации

Рис.2

1

19

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

электрического вектора падающего на поляризатор излучения и главной плоскостью поляризатора. Поскольку поляризатор пропускает излучение только с составляющей вектора E , лежащей в главной плоскости, то выходящее излучение имеет интенсивность:

Если направить на поляризатор естественное (неполяризованное) излучение, в котором все ориентации вектора напряжённости равновероятны (т.е. возможны любые значения φ), будем

иметь среднее значение квадрата косинуса при 0 2 : cos 2 0.5 . Тогда на основании

(1) получим: I = 0,5 Iест. Таким образом при прохождении через поляризатор естественное излучение становится линейно-поляризованным, но при этом убывает по интенсивности вдвое.

Для количественной оценки степени поляризации излучения Р применяется, соотношение:

При этом частично поляризованное излучение понимается как смесь линейно поляризованного и неполяризованного излучений. Тогда I – полная интенсивность, Iп –

Iн – интенсивность неполяризованной компоненты. Поскольку 0 Iн I, то степень поляризации

может меняться в пределах 0 Р 1.

Если направить частично поляризованное излучение на поляризатор и вращать устройство, меняя угол между главной плоскостью поляризатора и преимущественным направлением вектора

E , то интенсивность прошедшего излучения будет меняться от максимального значения Imax до

минимального Imin. В первом положении поляризованная компонента проходит полностью, а неполяризованная уменьшается по интенсивности вдвое:

Во втором положении, которое отличается по углу от первого на 900, поляризованная компонента, согласно закону Малюса, полностью задерживается, а неполяризованная, по-

Последнюю формулу удобно использовать при обработке экспериментальных измерений.

Рассмотрим способ получения эллиптически поляризованного излучения.

Допустим, что из двоякопреломляющего кристалла вырезана пластинка таким образом, что оптическая ось лежит в плоскости среза. Допустим далее, что излучение падает на пластинку перпендикулярно плоскости среза. В этом случае колебания электрического вектора как в

обыкновенной волне ( E0 ), так и в необыкновенной ( Ee ) совершаются согласованно

(когерентно).

Направления электрических векторов обыкновенного и необыкновенного лучей взаимно– перпендикулярны. И эти лучи распространяются в одном направлении, но с разными скоростями. В связи с этим по прохождении через пластинку между ними возникает разность хода:

где d – толщина кристаллической пластинки, no и ne показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей (индексом «о» будем в дальнейшем обозначать обыкновенную волну; индексом «е» - необыкновенную).

20

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис.3

Как уже отмечалось ранее при наличии разности хода волны могут интерферировать только в том случае, если они когерентны. Если падающее на кристалл излучение не поляризовано, о- и е- волны испускаются разными группами атомов (не согласованно), поэтому когерентности нет. Если же на кристалл падает линейно поляризованный свет, то волна разделяется между о- и е- волнами в пропорции, которая зависит от ориентации плоскости колебаний. Поэтому возникающие о- и е- компоненты когерентны и способны интерферировать.

Из теории сложения колебаний известно, что, при сложении взаимно перпендикулярных колебаний одинаковой частоты, конец результирующего вектора E движется по эллипсу (рис.3):

x2/ Eо2 – (2 xy/ EоEе) cos (δφ) + y2/ Eе2 = sin2 (δφ),

y Ey. Нас интересует случай, когда эллипс ориентирован своими полуосями по осям Оx и Оy (Оу лежит в главной плоскости кристалла), при этом Eo и Ee являются полуосями эллипса. Это

Уравнение эллипса преобразуется при этом к виду:

"-" – положительным кристаллам (no < ne). Таким образом, если толщина пластины, вырезанной вдоль оптической оси, удовлетворяет (8), результатом будет эллиптическая поляризация выходящего излучения. Такая пластина носит название четвертьволновой или пластины λ/4.

Как добиться циркулярной(круговой) поляризации излучения? Эллипс превращается в окружность при условии равенства полуосей эллипса, т.е. Eo = Ee E. Этого достигают, ориентируя четвертьволновую пластину оптической осью под углом α = 45 к плоскости колебаний падающего излучения. При этом компоненты результирующего вектора E удовлетворяют уравнению окружности: Ex2 + Ey2 = E2.

Заметим, что в случаях: α = 0 и α = 90 из четвертьволновой пластины выходит плоско поляризованное излучение, (электрический вектор представляет собой Ee в первом случае и Eo во втором).

21