23082

Дослідження залежності зсуву фаз від кута падіння при повному відбитті за допомогою компенсатора Сенармона

Лабораторная работа

Физика

Дослідження залежності зсуву фаз від кута падіння при повному відбитті за допомогою компенсатора Сенармона. Теоретичні відомості Світло що відбивається від межі поділу двох середовищ з різною оптичною густиною проходить у середовище з меншої густиною лише при кутах падіння менших деякого граничного кута якай можна знайти за формулою φгр = arcsin n 10 де n показник заломлення другого середовища відносно першого. При куті падіння φгр кут заломлення у другому...

Украинкский

2013-08-04

894.5 KB

5 чел.

Робота 4.

Дослідження залежності зсуву фаз від кута падіння при повному відбитті за допомогою компенсатора Сенармона.

Прилади: джерело світла, монохроматор, поляризаційний гоніометр з компенсатором Сенармона (пластинка λ/4), призма повного внутрішнього відбиття.

Теоретичні відомості

Світло, що відбивається від межі поділу двох середовищ з різною оптичною густиною, проходить у середовище з меншої густиною

лише при кутах падіння, менших деякого граничного кута, якай можна знайти за формулою

                                                                    φгр = arcsin n      (10)

де n - показник заломлення другого середовища відносно першого. При куті падіння φгр кут заломлення у другому середовищі дорівнює 90°. При куті падіння, більшому за φгр, світло не проходить у друге середовище і коефіцієнти відбиття р– та s- компонент дорівнюють одиниці. Це явище називається повним внутрішнім відбиттям.

Як випливає з формули Френеля для амплітудних коефіцієнтів відбиття, при повному внутрішньому відбитті виникає зсув фаз Δ між р- та s- компонентами, який залежить від кута падіння та відносного показника заломлення,

                                                          (11)

де φ - кут падіння; n - відносний показник заломлення.

Оскільки між р- та s- компонентами вноситься зсув фаз, лінійнополяризоване світло після повного внутрішнього відбиття перетвориться на еліптичнополяризоване, зсув фаз якого змінюється з кутом падіння, а азимут відновленої поляризації залишається незмінним. Відомо, що до положення повного внутрішнього відбиття азимут відновленої поляризації змінюється із зміною кута падіння, а зсув фаз постійний (0 або 180°), тому лінійнополяризоване світло після відбиття залишається лінійнополяризованим (амплітуда і площина коливань можуть змінюватися).

Експериментальна частина

Схема установки

Установка для вимірювання зсуву фаз та азимута відновленої поляризації наведена на рис. 4. Вихідна щілина монохроматора Sp проектується лінзою Л на вхідну щілину коліматора S. З об’єктива коліматора О1 паралельні пучки променів проходять крізь поляризатор Р  і потрапляють на призму повного внутрішнього відбиття П, закріплену на столику гоніометра. Після відбиття світло проходять крізь пластинку λ/4, аналізатор А і потрапляє в зорову трубу, яка складається з

об’єктива О2 та окуляра Ок. Для визначення різниці фаз Δ та азимута відновленої лінійної поляризації ψ спочатку визначають параметри еліптичного світла після повного внутрішнього відбиття. За допомогою компенсатора (пластинки λ/4) вимірюють відношення осей еліпса 

коливань b/a та кут η між р- напрямом і великою віссю еліпса а (рис. 5). Зсув фаз Δ та азимут відновленої лінійної поляризації ψ обчислюють із співвідношень

                                              (12)

де tgγ=b/a

Визначення η та γ за допомогою пластинки λ/4 засновано на тому, що вона перетворює лінійнополяризоване світло в еліптичнополяризоване, причому осі еліпса збігаються з осями пластинки.

Якщо на пластинку λ/4 падає еліптичнополяризоване світло, вона перетворює його в лінійнополяризоване лише тоді, коли осі еліпса збігаються з осями пластинки. При всіх інших орієнтаціях еліпса коливань відносно пластинки λ/4 з неї виходитиме еліптичнополяризоване світло, яке неможливо повністю погасити аналізатором. Повне гашення світла свідчить про те, що осі пластинки λ/4 збігаються з осями еліпса коливань.

Виконання роботи

1 Визначення граничного кута повного внутрішнього відбиття. На столику гоніометра встановлюють призму повного внутрішнього відбиття і знаходять кут падіння на неї променів, при якому зникає хвиля, що проходить крізь гіпотенузу призми. Після цього зорову трубу повертають і вимірюють кут між променем, що падає на призму, і відбитім від неї. Кут 2φ* визначають на гоніометрі при збігу зображення щілини коліматора з перехрестям ниток окуляра. Слід зазначити, що кут між падаючим та відбитим променями не дорівнює куту падіння на межу поділу скло - повітря (рис. 6).

Дійсний кут падіння φ обчислюють за формулою

                                                 (13)

де φ - кут падіння світла у склі; φ*- те ж саме у повітрі; nСК показник заломлення скла відносно повітря.

З формули (13) видно, що для визначення дійсного кута падіння необхідно знати показник заломлення nCK. Для легкого крону, з якого зроблена призма, nCK=1,52.

2. Орієнтація поляризатора, аналізатора і компенсатора Сенармона відносно р- та s- напрямків призми. Для орієнтації поляризатора та аналізатора відносно р - та s- напрямів призми необхідно зняти компенсатор Сенармона і в присутності призми для кута φ>φгр добитися повного гашення. У цьому випадку поляризатор і аналізатор орієнтовані так, що їх площини пропускання збігаються з р- та s- площинами. Ці положення позначаються на лімбах поляризатора і аналізатора, Для

визначення площини, в якій орієнтовано поляризатор, необхідно повернути призму на столику гоніометра так, щоб промені, падаючи на призму з повітря, відбивалися від її гіпотенузи. Знявши поляризатор чи аналізатор, добиваються повного гашення, змінюючи кут падіння на призму і обертаючи поляризатор. При куті Брюстера у відбитому світлі залишається тільки s- компонента, і світло може бути погашене поляризатором чи аналізатором. Після орієнтації поляризатора і аналізатора в р - та s- площинах їх залишають в положенні повного гашення, ставлять компенсатор Сенармона і обертають його навколо променя до повного гашення. Останнє можливо тоді, коли осі компенсатора х та у збігаються з р- та s- напрямами призми і з площинами коливань електричного вектора в поляризаторі й аналізаторі. Це положення компенсатора відмічають по його лімбу.

З. Вимірювання відношення осей еліпса b/a та кута повороту η еліпса відносно р- напряму. Поляризатор повертають на кут 45° по лімбу відносно р- або s- площини. Аналізатор і компенсатор повертають до повного гашення. Це означає, що осі компенсатора х та у збігаються в осями еліпса, після компенсатора світло лінійнополяризоване в напрямі E1 (рис.5) і може бути повністю погашене, якщо площина коливань електричного вектора в аналізаторі ЕА перпендикулярна до вектора Е1. Кут повороту компенсатора і аналізатора зазначають по їх лімбах. Після цього компенсатор повертають не 90° так, щоб осі х та у компенсатора збігалася з осями еліпса. Світло, яке проходить крізь компенсатор, знову-таки лінійнополяризоване з вектором Е2, але Е2 повернуто відносно Е1 на кут 2γ. Щоб досягти повного гашення, необхідно аналізатор повернути в положення ЕА/. Кут повороту еліпса η визначають по повороту компенсатора, а кут 2γ - по повороту аналізатора від положення гашення в першому випадку до положення гашення в другому випадку.

4. Обробка результатів і добудова залежностей Δ(φ), ψ(φ). Кути η та γ вимірюють при значеннях кута φ* від 0 до 135° через 3-5°. Знаючи η та γ, за формулами (12) визначають Δ та ψ, а за формулою (ІЗ) - відповідні кути падіння φ у склі. Слід зазначити, що знайдені таким чином значення Δ відповідають дійсному зсуву фаз при відбитті, а значення ψ відрізняються від дійсних значень ψg тому, що відношення Rp/Rs змінюється при заломленні на гранях призми. Для визначення ψg застосовують формулу

  (15)

де ψg дійсне значення азимута відновленої лінійної поляризації; ψ - значення азимута відновленої поляризації, здобуте за формулами (13); φ* - кут падіння світла у повітрі; φ - те ж саме у склі.

За одержаними данини будують графіки залежностей Δ(φ) та ψ(φ). Результати порівнюють з теоретичними кривими, здобутими з формули (11).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26003. СМО с бесконечной очередью для пуассоновских потоков. Граф, система уравнений, расчетные соотношения 23.44 KB
  СМО с бесконечной очередью для пуассоновских потоков. Из СМО с очередью конечной длины можно получить СМО с неограниченной очередью если устремить. Рассмотрим частный случай одноканальной системы с бесконечной очередью
26004. СМО с бесконечной очередью для произвольных потоков. Граф, система уравнений, расчетные соотношения 30.06 KB
  СМО с бесконечной очередью для произвольных потоков. Рассмотрим случай который можно интерпретировать либо как наличие немедленного обслуживающего прибора интенсивность обслуживания которого растет линейно с ростом числа ожидающих требований либо как систему в которой всегда найдется новый обслуживающий прибор доступный каждому вновь поступающему требованию. СМО типа М М ∞ с бесконечным числом обслуживающих приборов Переходя к равенству: Получаем: Можно выписать искомые решения для pk и N: Условие эргодичности в данном случае также...
26005. СМО с бесконечной очередью и частичной взаимопомощью для пуассоновских потоков. Граф, система уравнений, расчетные соотношения 60.64 KB
  СМО типа М М m Переходя к решению для pk в соответствии с равенством: Видим что это решение должно быть разбито на две части так как зависимость k от k также имеет две части. Соответственно при k≤m: Аналогично при k≥m: Объединяя результаты получим: Где: Теперь с помощью: Можно выписать решение для p0: И следовательно: Вероятность того что поступающее требование окажется в очереди задается равенством: Таким образом:.
26006. СМО с бесконечной очередью и частичной взаимопомощью для произвольных потоков. Граф, система уравнений, расчетные соотношения 35.06 KB
  Эта система в строгом смысле является саморегулируемой. Подходящей моделью для описания такой системы является процесс размножения и гибели при следующем выборе параметров: Система является эргодической.
26007. СМО с бесконечной очередью и полной взаимопомощью для пуассоновских потоков. Граф, система уравнений, расчетные соотношения 32.91 KB
  Каждое вновь поступившее требование подается на свой отдельный обслуживающий прибор однако если требование поступает в момент когда все приборы заняты то оно теряется.
26008. СМО с бесконечной очередью и полной взаимопомощью для произвольных потоков. Граф, система уравнений, расчетные соотношения 46.78 KB
  Такая модель задается следующим образом: Эта система является эргодической. СМО типа М М ∞ М Для вероятностей pk этой системы из: Имеем: Где биноминальные коэффициенты определяются обычным образом: Определяя p0 получаем: И следовательно: Таким образом: Не составляеет труда вычислить среднее число требований в системе: Используя частную производную получаем:.
26009. СМО с конечной очередью для пуассоновских потоков. Граф, система уравнений, расчетные соотношения 76.36 KB
  Длина очереди m число мест в очереди. Если все места в очереди заняты то заявка получает отказ. Если при обслуживании освобождается канал то из очереди переходит очередная заявка на обслуживание; все заявки сдвигаются и вновь поступившая заявка ставится в конец очереди. вероятность того что заявке придется стоять в очереди вероятность очереди: 4.
26010. Понятие системного обслуживания. Классификация 39.96 KB
  Системой массового обслуживания СМО называется любая система для выполнения заявок поступающих в нее в случайные моменты времени. Оптимизация и оценка эффективности СМО состоит в нахождении средних суммарных затрат на обслуживание каждой заявки и нахождение средних суммарных потерь от заявок не обслуженных. Каналом обслуживания называется устройство в СМО обслуживающее заявку. СМО содержащее один канал обслуживания называется одноканальной а содержащее более одного канала обслуживания многоканальной.
26011. СМО с конечной очередью и частичной взаимопомощью для пуассоновских потоков. Граф, система уравнений, расчетные соотношения 37 KB
  Интенсивность обслуживания заявки каждым каналом равна а максимальное число мест в очереди равно m. Рисунок 1 Граф состояний многоканальной СМО с ограниченной очередью все каналы свободны очереди нет; заняты l каналов l = 1 n очереди нет; заняты все n каналов в очереди находится i заявок i = 1 m. Данная система является частным случаем системы рождения и гибели если в ней сделать следующие замены: В результате получим: Образование очереди происходит когда в момент поступления в СМО очередной заявки все каналы заняты т.