В данной статье описывается метод экспериментальной проверки Закона Малюса. Линейно поляризованный свет проходит через поляризационный фильтр. Определяется интенсивность света как функция от углового положения поляризационного фильтра. Статья предназначена для студентов-физиков, учителей и учеников средних школ.

Ключевые слова: электрооптика, поляризация, поляризатор, анализатор, закон Брюстера, закон Малюса.

This article describes the method of experimental verification of Malus's Law. Linearly polarized light passes through a polarizing filter. The light intensity is determined as a function of the angular position of the polarizing filter.The article is intended for physics students, teachers and secondary school students.

Keywords : electro-optics, polarization, polarizer, analyzer, Brewster's law, Malus's law.

В данной статье мы будем решать следующие задачи:

1. Определить плоскость поляризации линейно поляризованного лазерного луча;

2. Определить интенсивность света, пропущенного через поляризационный фильтр, как функцию от углового положения фильтра;

3. Подтвердить закон Малюса.

Таблица 1

Оборудование

Подготовка и измерения

Экспериментальная установка показана на Рис. 1. Необходимо удостовериться в том, что фотоэлемент полностью освещается при установке поляризационного фильтра.

Если эксперимент проводится в незатемненной комнате, мешающий фоновый ток I ₀ должен быть определен при выключенном лазере, и его значения необходимо принимать при расчетах.

Лазер необходимо предварительно прогреть в течение примерно 30 мин. во избежание флуктуаций интенсивности. Поляризационный фильтр вращается с шагом 5° в диапазоне положения фильтра ±90° и определяется соответствующий ток фотоэлемента (наиболее чувствительный диапазон постоянного тока цифрового мультиметра).

Теория и вычисления

Пусть АА’ — плоскость поляризации анализатора на Рис. 2. Если линейно поляризованный свет, плоскость вибраций которого образует угол φ с плоскостью поляризации фильтра, падает на анализатор, то только часть света

(1)

будет пропущена.

Т. к. интенсивность I световой волны пропорциональна квадрату вектора Е напряженности электрического поля, то получаем следующую взаимосвязь (закон Малюса):

(2)

Рис. 1. Экспериментальная установка: Фотометрический закон расстояния

Рис. 2. Геометрическое расположение для определения

На Рис. 3 показан ток фотоэлемента после поправки на фон (это критерий для интенсивности пропущенного света), как функция от углового положения плоскости поляризации анализатора. Пик интенсивности в φ = 50° показывает, что плоскость поляризаций излучаемого лазерного луча уже была повернута на этот угол относительно вертикали.

Рис. 3. Скорректированный ток фотоэлемента как функция от углового положения φ плоскости поляризации анализатора

На Рис. 4 показан нормализованный и скорректированный ток фотоэлемента, как функция от углового положения анализатора. Закон Малюса подтверждается по углу наклона в 45° начальной прямой. (Примечание: для определения линии прямой Малюса угловые настройки в 50° анализатора должны приниматься во внимание для φ = 0°).

Рис. 4. Нормализованный ток фотоэлемента, как функции от интенсивности пропущенного света.

Литература:

1. Чарыев А. Основные законы физики. Учебное пособие для учителей средних и старших классов. — Ашхабад. Туркменская государственная издательская служба, 2004.
2. www.phywe.com.
3. info@phywe.com.