Краткая теория. Д Лабораторный практикум по оптике

Добро Л. Ф., Богатов Н. М., Митина О.Е.

Д Лабораторный практикум по оптике. Ч. 2/ Л. Ф. Добро,

Н. М. Богатов. Краснодар: Кубан. гос. ун-т, 2013.96 с.

Дается описание 9 лабораторных работ по курсу «Оптика». Приведены теоретические сведения, методические указания по выполнению работ, контрольные вопросы и список рекомендуемой литературы.

Адресуется студентам физико-технического факультета КубГУ.

УДК 577 (075.8)

ББK 28.071. Я 73

©Кубанский государственный

университет, 2013

©Добро Л. Ф., Богатов Н. М., Митина О.Е., 2013

Предисловие

Лабораторный практикум по курсу «Оптика» (Часть 2) является продолжением вышедшего ранее практикума.

При составлении второй части сохранены общая схема описания лабораторных работ и оформление пособия, принятые в первой части.

Лабораторный практикум по курсу «Оптика» включает описание 15 лабораторных работ (№ 1–8 – часть 1; № 9–17 – часть 2), которые охватывают основные вопросы, предусмотренные программой курса.

Все рекомендации по подготовке, выполнению и сдаче лабораторных работ, изложенные во введении к части 1 практикума, в полном объеме применимы и в данном случае.

Лабораторная работа 9

ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПЛАСТИНЫ ПО УГЛУ БРЮСТЕРА

Приборы и принадлежности: лазер, поворотный стол с отсчетным устройством, набор исследуемых объектов (пластины и призма), пластина стеклянная N: 4 (d = 1.0 мм), пластина пластмассовая N: 6 (d = 3.9 мм),призма стеклянная N:8, кристаллическая пластина (слюда) N:39.

Цель работы: измерить показатель преломления по углу Брюстера.

Краткая теория

Пусть естественный свет падает под углом i ₁ на поверхность раздела двух изотропных диэлектриков с показателями преломления n₁ и n₂. Напряжённости электрического поля в падающей волне
, отраженной – и преломлённой – (рис.9.1).

Рис.9.1. Падение света на границу раздела двух сред

Падающую волну можно представить суперпозицией двух линейно поляризованных волн с взаимно перпендикулярными плоскостями колебаний: в одной из волн плоскость колебаний совпадает с плоскостью падения, в другой – перпендикулярно ей. Напряжённостям полей в таких волнах соответствуют индексы () и (). Для естественного света . Амплитуды напряжённостей электрического поля в отражённой
, и преломленной , волнах определяются формулами Френеля. Перераспределение интенсивности падающей волны между отражённой и преломленной волнами находят с помощью коэффициентов отражения ρ и пропускания τ. Используя волновую теорию Френеля можно получить значения ρ_|| и ρ_┴

Формулы Френеля выглядят следующим образом

– амплитуды падающей, отраженной и преломленной волн

– параллельная и перпендикулярная составляющие напряженности светового вектора

(9.1)

(9.2)

Если на границе раздела двух сред падает естественный свет, то для него = (интенсивности равны) – условие того, что свет естественный. Проанализируем найденные соотношения. Прежде всего рассмотрим относительные интенсивности отраженной и преломленной волн. Для энергетического описания процессов на границе двух сред ранее были введены коэффициент отражения и коэффициент пропускания .

На рис. 9.2 представлена исследованная зависимость ρ|| и ρ_┴ от угла падения φ. Т.к. естественный свет, падающий на границу раздела, представляет собой сумму двух не скоррелированных по фазе взаимно перпендикулярных волн Е_|| и Е_┴. Тогда для суммарной интенсивности отраженного света, измеренной без учета его поляризации, находим

.

Рис.9.2. Коэффициент отражения света в функции угла падения (n =1,52). I-для ρ²||, II-для естественного света, III-для ρ²_┴.

Кривая II (I _отр/ I _пад) проходит между ρ_|| и ρ_┴, совпадая с ними в точках φ =0 и φ =π/2. На этом рисунке показан средний коэффициент пропускания I _пр/ I _пад.

Из формул (9.1) и (9.2) видно, что при (i ₁+ i ₂) = π/2 коэффициенты отражения ρ_||=0, ρ_┴≠0. Следовательно, в этом случае отражённая волна линейно поляризована в плоскости, перпендикулярной плоскости падения. Преломлённая волна поляризована частично. При (i₁+i₂)=π/2 соотношение
(закон Снеллиуса) сводится к виду: tgi₁ = n₂/ n₁, а при n₁ = 1 имеем:

tgi₁= tg i_Б = n₂₁ (9.3)

Равенство (9.3) определяет угол падения, i ₁= i _Б при котором коэффициент отражения ρ_II=0. Этот угол называется углом Брюстера.