KHẢO SÁT SỰ PHÂN CỰC ÁNH SÁNG DÙNG TIA LASER .

Chia sẻ: đinh Trọng Thông | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

694
lượt xem 27
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Theo thuyết điện từ của Maxwell, ánh sáng là sóng điện từ tức là loại sóng ngang, trong đó vectơ điện trường E hay còn gọi là vectơ sóng sáng luôn dao động theo phương vuông góc với phương truyền v của sóng sáng (tia sáng).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: KHẢO SÁT SỰ PHÂN CỰC ÁNH SÁNG DÙNG TIA LASER .

KHẢO SÁT SỰ PHÂN CỰC ÁNH SÁNG DÙNG TIA LASER . NGHIỆM ĐỊNH LUẬT MALUS ( MALUÝT ) Dụng cụ : thành ánh sáng phân cực phẳng có vectơ 1. Nguồn phát tia laser bán dẫn. sóng sáng E dao động theo một phương hoàn toàn xác định gọi là quang trục Q của 2. Bản kính phân cực ; bản phân cực. Giả sử nếu ánh sáng truyền 3. Thước đo góc 0 - 3600 , chính xác 10 tới bản phân cực là ánh sáng phân cực 4. Cảm biến photodiode silicon + ống che phẳng có vectơ sóng sáng E nghiêng một sáng góc α so với quang trục Q của bản này, thì 5. Bộ khuếch đại và chỉ thị cường độ chỉ có thành phần E1 song song với quang sáng trục Q mới truyền được qua bản, còn thành 6. Giá quang học . phần E2 vuông góc với quang trục Q sẽ bị cản lại. Dễ dàng nhận thấy : E1 = E . cos I. Cơ sở lý thuyết α. 1. Sự phân cực ánh sáng : Vì cường độ sáng tỷ lệ thuận với bình Theo thuyết điện từ của Maxwell, ánh phương biên độ vectơ sóng sáng, nên nếu sáng là sóng điện từ tức là loại sóng ngang, E0 là biên độ của vectơ sóng sáng E và I0 trong đó vectơ điện trường E hay còn gọi = ( E 0 ) là cường độ sáng của ánh sáng 2 là vectơ sóng sáng luôn dao động theo phương vuông góc với phương truyền v phân cực phẳng truyền tới bản phân cực, của sóng sáng (tia sáng). thì biên độ của thành phần vectơ sóng sáng Như đã biết, ánh sáng tự nhiên là tập E1 truyền qua bản phân cực sẽ là hợp vô số các đoàn sóng do những nguyên E 01 = E 0 . cos α và cường độ sáng I1 ở tử riêng biệt trong nguồn sáng phát ra, nên phía sau bản phân cực bằng : vectơ sóng sáng E của mỗi đoàn sóng có I1 = ( E 01 ) = ( E 0 . cos α ) 2 2 phương dao động rất khác nhau và mang I1 = I0 . cos2 α tính ngẫu nhiên. Vì vậy theo định nghĩa, hay (1) ánh sáng trong đó vectơ sóng sáng E dao Đây là công thức của định luật Malus về động đều đặn (với cùng xác suất) theo mọi phân cực ánh sáng. Rõ ràng, khi α = 0 thì phương vuông góc với tia sáng được gọi là cos α = 1 : cường độ sáng sau bản kính ánh sáng tự nhiên phân cực đạt cực đại I1max= I0 ; còn khi α Nếu ánh sáng có vectơ sóng sáng E chỉ = 900 thì cos α = 0 : cường độ sáng sau bản dao động theo một phương xác định vuông kính phân cực sẽ cực tiểu I1min= 0 . góc với tia sáng gọi là ánh sáng phân cực Trong thí nghiệm này, ta sẽ khảo sát sự phẳng (hoặc thẳng). Mặt phẳng chứa tia sáng phân cực ánh sáng của chùm tia laser để và phương dao động của vectơ sóng sáng E xác định mặt phẳng phân cực của chùm tia gọi là mặt phẳng dao động. Mặt phẳng laser và nghiệm lại định luật Malus về chứa tia sáng và vuông góc với mặt phẳng phân cực ánh sáng. dao động gọi là mặt phẳng phân cực . II. Trình tự thí nghiệm 1. Quan sát bộ thiết bị thí nghiệm gồm Có thể tạo ra ánh sáng phân cực phẳng một diode laser DL (3,8V - 5 mW) phát ra bằng cách cho ánh sáng tự nhiên truyền qua chùm tia laser màu đỏ chiếu vuông góc vào các bản phân cực (pôlarôit hoặc hêrapatit). tâm của mặt bản phân cực P. Một thước Thực nghiệm chứng tỏ ánh sáng tự nhiên, tròn T (được chia độ từ 0 ÷ 3600) gắn sau khi truyền qua bản phân cực, sẽ trở 1
chặt với bản phân cực P dùng đo góc quay trị lớn nhất của kim điện kế không được giữa phương của vectơ sóng sáng E vượt quá thang đo, nếu quá thang đo phải truyền tới bản phân cực P và quang trục Q qiảm khuếch đại của bién trở R sao cho giá của bản này. Để khảo sát sự thay đổi trị lớn nhất của điện kế vào khoảng 100 – cường độ của ánh sáng phân cực sau khi 150),đó chính là giá trị góc ỏ =0 truyền qua bản phân cực P, ta dùng một 5. Tiếp tục quay thước tròn chia độ T để tăng góc quay α (mỗi lần tăng 50) từ giá trị cảm biến quang điện silicon QĐ đặt ở bên trong một ống che sáng. Tín hiệu laser ban đầu đến giá trị α = + 900 .Mỗi lần thay truyền qua bản kính phân cực tới rọi vào đổi gúc thỡ bấm F9 một lần. cảm biến quang điện silicon QĐ được đưa Chú ý : Cần kiểm tra chính xác các vị trí vào bộ khuếch đại và chỉ thị cường độ tại đó cường độ sáng đạt cực đại hoặc cực sáng KĐ nhờ một chốt cắm C. Toàn bộ tiểu bằng cách ở lân cận hai phía của mỗi vị thiết bị thí nghiệm đặt trên cùng một giá trí này (trong giới hạn ± 50) chỉ thay đổi mỗi lần 10 đối với góc quay α và đọc giá trị quang học G 2. Cắm phích lấy điện của khuếch đại cường độ sáng I1 tương ứng .Từ đó có thể và chỉ thị cường độ sáng KĐ vào nguồn xác định chính xác vị trí mặt phẳng phân điện ~ 220V. Vặn núm biến trở R (ngược cực của chùm tia laser . chiều kim đồng hồ) về vị trí tận cùng bên trỏi ứng với độ nhạy lớn nhất. Bấm khóa Khởi động chương trình máy tính: đóng điện K trên mặt của bộ khuếch đại Trong thanh “Start” chọn “Program” và KĐ : đèn tín hiệu LED phát sáng . Nới lỏng chọn “Cassy Lab”, nhấp đúp chuột vào vít hãm V và quay ống chắn sáng của cảm UA1, chọn 0 -10V biến quang điện QĐ để trục của nó đi qua Trong cửa sổ “input setting” chọn tâm của bản phân cực P. Chờ khoảng 5 “Averagd Valuse”, “left”. phút để bộ khuếch đại KĐ ổn định, thực Trong cửa sổ Measing parametes chọn hiện việc điều chỉnh vị trí số 0 của “Manual”. milivonkế điện-tử. Nếu kim của điện kế Nhấp đúp chuột vào UB1, chọn 0 -10V không chỉ đúng số 0 thì phải vặn từ từ núm Trong cửa sổ “input setting” chọn "qui 0" để cho kim chỉ thị của nó quay trở “Averagd Valuse”, “left”. về đúng số 0. Chú ý : Sau khi điều chỉnh Trong cửa sổ Measing parametes chọn xong, phải giữ nguyên vị trí này của núm “Manual”. "qui 0" trong suốt thời gian làm thí nghiệm. Cài đặt các trục tọa độ, ở đây hoành độ 3. Cắm phích lấy điện của bộ nguồn biểu thị cosỏ , tung độ biểu thị c ường độ nuôi diode laser DL vào nguồn điện xoay sỏng I . chiều ~220V. Bật côngtắc K1 của diode Muốn cài đặt trục tọa độ thì trong của sổ laser DL, ta sẽ nhận được chùm tia sáng “setting” chọn “parameter Formula laser màu đỏ. Điều chỉnh để chùm tia sáng FFT” laser phát ra từ cửa sổ của diode laser DL * Khai báo cường độ sỏng I: đi qua tâm của bản phân cực P và chiếu Chọn “new quantity” vào tâm của vít V. Khi đó giữ nguyên độ Trong hộp “select quantity” điền vào tên cao của cảm biến quang điện QĐ và quay đại lượng mới “I” nó để cho chùm tia laser rọi thẳng vào cảm Chọn “formula” điền công thức chỉ mối biến quang điện QĐ liên hệ đại lượng mới với các đại lượng 4. Quay thước tròn chia độ T cho tới khi cũ: kim của điện kế đạt độ lệch lớn nhất ( giá 2
Trong “setting” chọn ‘display” UA1/0.45*150 Chọn “new display” Trong “symbol” I: Unit: Cd From: 0 Trong hộp “select display” ghi tên đồ thị I To: 150 *Khai báo cosx – cosx Chọn “new quantity” Trong X – Axis chọn cosx và Y – Axis Trong hộp “select quantity” điền vào tên chọn I đại lượng mới “cosx” Sau đó bấm F9 để bắt đầu đo, với mỗi Chọn “formula” điền công thức chỉ mối lần dịch chuyển thước đo 5 độ, sau đó bấm liên hệ đại lượng mới với các đại lượng F9. Máy tính sẽ vẽ đồ thị cường độ sáng tỷ lệ với cos2x thỡ cú thể chọn trục A – Axis cũ: là cos2x máy tính sẽ vẽ đồ thị cường độ cos((n-1)*5) sáng tỷ lệ với cos2x Trong “symbol”: cosx: Unit: From: 0 To: 1.5 *Chọn hiển thị đồ thị I – cosx µA K1 P T QĐ DL V R "0" 1 10 100 K N C+ − G KĐ Hình 5 III. Câu hỏi kiểm tra 5. Mô tả bộ thiết bị thí nghiệm và phương pháp khảo sát sự phân cực ánh sáng để 1. Nêu rõ thuyết điện từ của Maxwell nghiệm lại định luật Malus về phân cực về bản chất của ánh sáng . ánh sáng là ánh sáng và xác định mặt phẳng phân cực sóng ngang hay sóng dọc ? của chùm tia laser . 2. Phân biệt ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực . 3. Giải thích tại sao khi chùm tia laser truyền qua bản phân cực P , thì cường độ sáng I ở phía sau bản phân cực P lại thay đổi phụ thuộc vào góc α giữa vectơ sóng sáng E truyền tới bản phân cực P và quang trục Q của bản đó . 4. Phát biểu và viết biểu thức của định luật Malus về phân cực ánh sáng . 3
Báo cáo thí nghiệm Khảo sát phân cực ánh sáng dùng tia laser .Nghiệm Định luật malus ( maluýt ) Xác nhận của thày giáo Trường ........................................ Lớp ...................Tổ ..................... Họ tên ......................................... I. Mục đích thí nghiệm ............................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... . II. kết quả thí nghiệm Bảng 1 α cosα cos2α α cosα cos2α I1 I1 0 50 5 55 10 60 15 65 20 70 25 75 30 80 35 85 40 90 45 0 1. Vẽ đồ thị I1 = f ( X ) với X = cos α, nhận xét đồ thị có dạng đường gỡ? 2 4
5