Освіта еліптично поляризованого світла

У звичайних умовах електромагнітні хвилі, як правило, є плоскополяризоване. Щоб у компонент E x і E y з'явилася різниця фаз,

необхідно пропустити плоско-поляризоване світло через анізотропну середу, в якій компоненти E x і E y поширюються по одному

напрямку, але з різною швидкістю. В цьому випадку при проходженні деякого відрізка анізотропного середовища Δ L одна з компонент, що розповсюджується з меншою швидкістю c min. отримає більше прирощення

Δ φ max = ω Δ t max = ω

в порівнянні з компонентою, що розповсюджується з більшою швидкістю c max:

Δ φ min = ω Δ t min = ω c Δ L. (14)

Анізотропним середовищем з такими властивостями може бути одноосний двояко заломлює кристал або штучно створене середовище - ізотропна речовина, в якому створено оптично виділений напрям.

В одновісних кристалах самі частинки можуть бути анізотропними або вони можуть отримати анізотропні властивості під дією зовнішніх силових полів (електричного, магнітного, гравітаційного і ін.). З іншого боку, анізотропія може бути пов'язана з розташуванням частинок в кристалі, неоднаковим у різних напрямках. Штучно така ситуація може бути викликана одностороннім механічним стисканням изотропного твердої речовини. Дуже часто анізотропія створюється одночасним дією обох механізмів.

У рідких і газоподібних речовинах анізотропія виникає при приміщенні цих речовин в сильне поле, найчастіше електричне.

У будь-якому випадку для світла, що йде перпендикулярно оптичної осі, створюється ситуація, коли компоненти електричного поля світлової хвилі, орієнтовані уздовж виділеного напрямку (оптичної осі) і перпендикулярно оптичної осі викликають різну поляризацію частинок середовища і, в зв'язку з цим, поширюються з різною швидкістю ( рис. 8).

На рис. 8 показані r різні можливі випадки. Компонента світлового променя, в якій вектор E спрямований перпендикулярно до оптичної осі, називається звичайної і поширюється зі швидкістю c o. однаковою в усіх напрямках (звичайний промінь). Хвильова поверхня такого променя r

являє собою сферу. Компонента світлового променя, в якій вектор E спрямований уздовж оптичної осі, називається незвичайною і поширюється зі швидкістю c н. залежної від напрямку. Якщо c н ≥ c o,

середовище (кристал) називається негативною (рис. 8а, 86). У разі c н ≤ c o середу

(Кристал) називається позитивною (рис. 8в, г). Проходження лінейнополярізованного світла через одновісні кристали перпендикулярно до оптичної осі використовується для отримання еліптично поляризованого світла в лабораторних умовах. Проходження світла через штучно створені анізотропні середовища використовується в техніці для створення безінерционних оптичних затворів (явище Керра) і для вивчення полів механічної напруги в прозорих моделях складно навантажених деталей довільної форми.

Модуль (4) програми дозволяє вивчити механізм перетворення лінейнополярізованного світла в еліптично поляризований.

Модель експериментальної установки являє собою дві кювети з анізотропним речовиною, через які може проходити промінь світла. На вході в кювети встановлені поляризатори, які можуть повертатися на будь-який кут. Оптична вісь анізотропного середовища розташована вертикально.

Експеримент може виконуватися в двох режимах: послідовний експеримент - спочатку у верхній кюветі, потім в нижній, і паралельний (одночасний) експеримент.

В режимі послідовного експерименту також можна вибрати дві можливості - режим хвильових пластинок і режим фізичних параметрів. Режим хвильових пластинок передбачає, що розмір анизотропного речовини і його швидкості звичайного і незвичайного променя в напрямку, нормальному до оптичної осі, підібрані так, щоб різниця ходу для

напруженості E x і E y набувають різниці фаз Δ φ = ± π / 2. і світло

стає еліптично поляризованим з осями еліпса, орієнтованими за напрямками x і y. Якщо початковий кут поляризації було поставлено θ = ± π / 4

(± 45 °), світло на виході з четвертьволновой пластинки стає поляризованим по колу.

У полуволновой платівці компоненти електричного вектора E x і E y

набувають різниці фаз Δ φ = ± π. і світло на виході з пластинки знову

стає плоско-поляризованим, але з іншого (симетричною відносно оптичної осі) площиною коливань. Якщо початковий кут поляризації було поставлено θ = ± π / 4 (± 45 °), площину поляризації світла на виході з полуволновой пластинки буде перпендикулярна до площини поляризації падаючого світла. Цей випадок використовується при створенні оптичних безінерционних затворів.

Задайте "Режим послідовного експерименту". Задайте "Режим хвильових пластинок".

З таблиці 4-1 виберіть будь-яку комбінацію параметрів і проведіть експеримент.

Δ = λ / 4, λ / 2, λ θ = ± 45 °, ± 30 °, ± 60 °

Оптичний знак середовища = «+», «-»

Для другого експерименту виберіть іншу комбінацію параметрів. Вивчіть вплив на картину перетворення світла всіх трьох параметрів.

Задайте "Режим паралельного (одночасного) експерименту".

Вибираючи з таблиці 4-1 комбінації параметрів Δ, θ і оптичного знаку, порівняйте вплив θ і оптичного знаку середовища на поведінку еліптично поляризованої хвилі. Швидкість експерименту виберіть такий, щоб напрямок обертання вектора електричної напруженості було вам добре видно.

Подальші експерименти проведіть, задаючи конкретні фізичні параметри анізотропного середовища.

Зрушення фаз між компонентами електричного вектора хвилі E x і E y. викликаний різними швидкостями поширення цих компонент c н для незвичайного променя і c o для звичайного дорівнює (див. висновок в Додатку

Для четвертьволновой пластинки довжина буде вдвічі менше.

Для одного з двох кристалів з табл. П-1 (в Додатку) розрахуйте довжину кристалічної пластинки (Δ = λ. Δ = λ / 2. Δ = λ / 4 - за завданням викладача) і проведіть експеримент. Переконайтеся, що розрахована кристалічна пластинка працює правильно.

Для розрахунку оптичного затвора також використовується формула (16). В цьому випадку різниця коефіцієнтів заломлення розрахуйте за формулою Керра:

Δn = λ o B E 2. (17)

тут B - постійна Керра, E - напруженість електричного поля (кВ / см), λ o - довжина хвилі в вакуумі (см). Постійні Керра для ряду рідин

наведені в таблиці П-2.

Розрахуйте оптичний затвор для одного з речовин, що використовуються для цих цілей. За завданням викладача для одного з речовин, наведених у таблиці П-2, і для зазначених викладачем параметрів з таблиць 4-2 і 4-3 розрахуйте довжину кювети L.

Таблиця 4-2. товщина кювети