Synteza i analiza stanu polaryzacji światła metodą ogólnego prawa Malusa

Transkrypt

1 nsrukcja robocza do ćwiczenia 4 Syneza i analiza sanu polaryzacji świała meodą ogólnego prawa Malusa. Układ pomiarowy Układ pomiarowy składa się z polarymeru, zasilacza sabilizowanego ZS-52, wolomierza cyfrowego V543 i lasera He-Ne z zasilaczem. Schema układu przedsawia Rys.1. ZASLACZ LASERA WOLTOMERZ CYFROWY V ZASLACZ STABLZOWANY ZS POLARYMETR Rys.1. Schema układu POLARYMETR Polarymer, kóry znajduje się na wyposażeniu naszego laboraorium, o polaryskop, wyposażony w płyki ćwierćfalowe oraz fooelemen, mierzący naężenie świała na wyjściu urządzenia. Pomiar napięcia na wolomierzu podłączonym do deekora pozwala na obiekywną ocenę zmiany naężenia wiązki świała po jej przejściu przez badany obiek dwójłomny i elemeny polarymeru. Polarymer umożliwia: a) synezę i analizę dowolnego sanu polaryzacji całkowiej; b) analizę sanu polaryzacji świała po przejściu przez badany ośrodek; c) pomiar naężenia świała przed i po przejściu przez badany ośrodek. Rys.2. Sanowisko pomiarowe 1

2 Polarymer (rysunek powyżej) składa się z nasępujących elemenów: 1) układu oświelającego, złożonego z lasera helowo-neonowego wraz z zasilaczem; laser umieszczony jes w obroowej oprawie; 2) przeciwodblaskowej osłony, w kórej można zamonować układ kolimujący wiązkę świelną (akualnie nie wykorzysywany na sanowisku pomiarowym); isnieje możliwość osłabienia naężenia wiązki świelnej poprzez włożenie w ym miejscu filru szarego, nie pokazanego na rysunku; 3) zesawu pięciu uchylno-obroowych opraw (3a 3f), umożliwiających wprowadzanie i usuwanie z wiązki świelnej elemenów polaryzacyjnych układu i badanych próbek oraz orienacje ich kąów azymuu (poprzez obró); w kolejnych oprawach umieszczone są: 3a - liniowy polaryzaor; 3b - liniowa płyka ćwierćfalowa (ćwierćfalówka); 3c - oprawa, w kórej umieszcza się badaną próbkę; 3d - miejsce na oprawę zapasową (można u również umieszczać próbki); 3e - liniowa płyka ćwierćfalowa (ćwierćfalówka); 3f - liniowy analizaor (zn. drugi polaryzaor); Zespół a) + b) służy do wyworzenia zadanego sanu polaryzacji świała na wejściu do próbki, zaś zespół e) + f) służy do analizy sanu polaryzacji świała na wyjściu (na przykład po przejściu przez badaną próbkę); 4) foodeekora, zinegrowanego ze wzmacniaczem (w oprawie), służącego do pomiaru naężenia świała; układ wzmacniacza zasilany jes z zasilacza sabilizowanego, a sygnał z deekora wyprowadzany jes na wolomierz cyfrowy. ZASLACZ STABLZOWANY ZS-52 Służy do zasilania foodeekora. Posiada również wyjścia do zasilania obroowego modulaora, układu moniorującego częsość obroów egoż modulaora oraz alernaywnego źródła świała (żarówki) e funkcje nie są akualnie używane na sanowisku pomiarowym. Rys.3. Zasilacz sabilizowany 2

3 WOLTOMERZ CYFROWY V-543 Sygnał z foodeekora wyprowadzony jes na wolomierz cyfrowy. Zakresy pracy wolomierza należy dobierać sosownie do warości mierzonego sygnału. W przypadku szukania minimalnego sygnału zaleca się sopniowe zmniejszanie zakresu pomiarowego do 100mV włącznie. W przypadku pomiarów ypu Sprawdzanie prawa Malusa sandardowym usawieniem jes zakres 10V. Uwaga: ze względu na paramery użyego foodeekora, pojawienie się na wyświelaczu wolomierza liczby przewyższającej 8V oznacza wysycenie deekora należy zmniejszyć poziom sygnału poprzez redukcję naężenia wiązki świała wchodzącej do układu. Rys.4. Wolomierz cyfrowy LASER He-Ne Laser helowo-neonowy o długości fali świelnej 632.8nm jes źródłem świała spolaryzowanego liniowo, dlaego należy pamięać, aby przed rozpoczęciem każdej serii pomiarów dosrajać moc układu na maksimum (maksymalny sygnał na wolomierzu) poprzez obró oprawy lasera (1). Rys. 5. Zasilacz lasera He-Ne 3

4 . Przebieg ćwiczenia A) Jusowanie układu Zakres wolomierza usawiamy począkowo na 10V. Włączamy wolomierz, zasilacz lasera oraz zasilacz foodeekora. Ech, czy a insrukcja MUS być aż ak łopaologiczna? Ale jak się na przykład NE napisze o konieczności włączenia zasilacza lasera, o jes spora szansa, ze sudenci wykonają pomiar BEZ ego źródła świała! Przed przysąpieniem do pomiarów należy sprawdzić jusowanie układu pomiarowego. Podzielmy en pozornie skomplikowany proces na nasępujące eapy: 1. Wyznaczanie maksymalnego i minimalnego poziomu mocy Usuwamy z biegu wiązki świelnej wszyskie elemeny układu, umocowane na oprawach uchylnoobroowych za wyjąkiem pierwszego polaryzaora (3a). Uwaga: Usuwanie elemenów 3a 3f z biegu wiązki może nasąpić w dwojaki sposób: a) poprzez wychylanie opraw aż do całkowiego ich usunięcia z biegu wiązki; b) poprzez wychylenie opraw do położenia pośredniego (przy kórym wyczuwalny jes lekki zarzask oprawy) oraz obró skali do zgrania kreski na prawej części elemenu (obracającego się wraz ze skalą) ze znacznikiem w lewej, nieruchomej części oprawy (powoduje o zgranie oworów na wiązkę świelną w obu częściach oprawy, co można sprawdzić po całkowiym wychyleniu oprawy z obudowy). Rys. 6. Usuwanie elemenów z biegu wiązki Polaryzaor (3a) usawiamy w pozycji 0 na skali obroowej, a nasępnie obracamy oprawą lasera He-Ne (1) aż do uzyskania maksimum sygnału na wolomierzu (por. uwaga przy opisie lasera powyżej). Orienacyjna warość ego sygnału o około plus 6V. Pamięajmy o ym, by przysłonić (na przykład oprawą (3f) w położeniu pośrednim) ewenualne świało zewnęrzne, docierające do deekora fałszuje ono wyniki pomiarów! Nasępnie zasłaniamy całkowicie deekor (na przykład oprawą (3f)) i noujemy minimalny sygnał deekora, ak zwany prąd ciemny. Zauważmy, że w sosowanym układzie jes on na poziomie około minus 6 mv. Warość ę noujemy i uwzględniamy w dalszych pomiarach jako zero układu. Zapamięujemy również, żeby przy dalszym szukaniu minimów sygnału sarać się o uzyskanie niekoniecznie najmniejszej warości dodaniej, ale być może (jeśli jes osiągalna w konkrenym przypadku) największej warości ujemnej sygnału! Uwaga: Oczywiście, zawsze może się zdarzyć, że koś zamieni miejscami kable elekryczne na zaciskach wolomierza. Wedy powyższa uwaga jes słuszna, ale należy zamienić znaki plus i minus w powyższym opisie... 4

5 2. Usawianie krzyża polaryzacyjnego jusowanie analizaora Włączamy w układ analizaor (3f) i szukamy minimum sygnału (ak zwany krzyż polaryzacyjny ), obracając jego oprawą. Należy przy ym pamięać o odpowiedniej zmianie zakresu wolomierza. Jeśli minimum o nie wypada dla warości 90 (lub nieznacznie się od niej różniącej), należy ewenualne niedosrojenie układu uwzględniać w dalszych pomiarach bądź zgłosić się do prowadzącego o pomoc w odpowiednim wyjusowaniu skali analizaora. 3. Jusowanie płyek ćwierćfalowych Do wewnąrz wyjusowanego uprzednio krzyża polaryzacyjnego wsawiamy pierwszą ćwierćfalówkę (3b). Sprawdzamy, czy rzeczywiście w położeniu 0 jej wekory własne zgrywają się z wekorami polaryzaora bądź analizaora na wyjściu układu wciąż powinniśmy noować minimum naężenia świała (jakkolwiek, ze względu na odbicia, pochłanianie i ewenualne nieprosopadłe usawienie płyki ćwierćfalowej, warość a może się nieznacznie różnić od minimum samego krzyża polaryzacyjnego z punku b). W razie niezgodności w usawieniu ćwierćfalówki posępujemy jak wyżej. Podobnie sprawdzamy ćwierćfalówkę (3e), pamięając o uprzednim usunięciu z układu elemenu (3b). B) Wyznaczenie paramerów ransmisyjnych układu 1. Pomiędzy laser a deekor wsawiamy jedynie polaryzaor pod kąem azymuu 0 o. 2. Odczyujemy warość naężenia wskazywaną przez wolomierz cyfrowy. 3. Za polaryzaorem wsawiamy analizaor pod kąem azymuu 0 o. 4. Odczyujemy warość naężenia 1 wskazywaną przez wolomierz cyfrowy. 5. Obliczamy warość współczynnika lin Analizaor usawiamy pod kąem azymuu 90 o. 7. Odczyujemy warość naężenia 2 wskazywaną przez wolomierz cyfrowy. 8. Obliczamy warość współczynnika lin Pomiędzy laser a deekor wsawiamy polaryzaor pod kąem azymuu 0 o i ćwierćfalówkę usawioną pod kąem azymuu 45 o. 10. Odczyujemy warość naężenia wskazywaną przez wolomierz cyfrowy. 11. Za polaryzaorem i ćwierćfalówką wsawiamy ćwierćfalówkę usawioną pod kąem azymuu - 45 o i analizaor pod kąem azymuu 0 o. 12. Odczyujemy warość naężenia 1 wskazywaną przez wolomierz cyfrowy. 13. Obliczamy warość współczynnika kol Ćwierćfalówkę obracamy o ką 90 o (czyli usawiamy pod kąem azymuu +45 o ). 15. Odczyujemy warość naężenia 2 wskazywaną przez wolomierz cyfrowy. 16. Obliczamy warość współczynnika kol Powyższe ćwiczenie wykonujemy kilkukronie i sarannie. 5

6 C) Syneza wybranych sanów polaryzacji świała i ich analiza meodą uogólnionego prawa Malusa 1. Usawiając odpowiednio ką azymuu polaryzaora i ćwierćfalówki zsyneyzować dowolny san polaryzacji świała (aby orzymać świało spolaryzowane elipycznie z kąem elipyczności i kąem azymuu, należy przepuścić świało najpierw przez liniowy polaryzaor usawiony pod kąem azymuu p a nasępnie przez liniową ćwierćfalówkę, kórej pierwszy wekor własny ma azymu ). cw 2. Odczyujemy warość naężenia o wskazywaną przez wolomierz cyfrowy. 3. Za modułem syneyzującym dany san polaryzacji świała wsawiamy analizaor pod kąem azymuu 0 o. 4. Odczyujemy warość naężenia 1 wskazywaną przez wolomierz cyfrowy. 5. Zmieniamy ką azymuu analizaora na 45 o. 6. Odczyujemy warość naężenia 2 wskazywaną przez wolomierz cyfrowy. 7. Przed analizaor, kóry usawiamy ponownie pod kąem azymuu 0 o, wsawiamy ćwierćfalówkę pod kaem azymuu +45 o, odpowiada o analizaorowi kołowemu. 8. Odczyujemy warość naężenia 3 wskazywaną przez wolomierz cyfrowy. 6