Física Experimental 1: Práctica #2

Transcripción

1 Física Experimental 1: Práctica #2 Polarización y Parámetros de Stokes Fecha de entrega: Martes 10 de Febrero, 2015 (Enero-Mayo 2015) Dr. Raúl Hernández 1

2 Contenido Objetivos de la práctica 3 Material a utilizar 3 Desarrollo de la práctica 4 Página 2 de 5

3 Objetivos de la práctica En esta práctica estudiaremos la naturaleza ondulatoria de la luz mediante la verificación del estado de polarización de distintas fuentes. Se busca que el estudiante sea capaz de montar un arreglo óptico e identificar los elementos ópticos adecuados para determinar el estado de polarización de un haz y su grado de polarización en el caso de fuentes parcialmente polarizadas. En particular, el estudiante logrará 1. Familiarizarse con el uso de polarizadores lineales 2. Obtener experimentalmente los parámetros de Stokes a partir de mediciones de intensidad. 3. Familiarizarse con el uso de retardadores ópticos Material a utilizar 1. Laser HeNe (15 nm) y fotodetector Polarizadores lineales. 3. Medidor de potencia Retardadores de λ/ Retardador de λ/2. 6. Monturas para elementos ópticos 7. Lámpara de vapor de mercurio 8. Cámara fotográfica Página 3 de 5

4 Desarrollo de la práctica 1. Colocar el polarizador lineal en una montura rotatoria. 2. Investigar el tipo de polarización que tiene el haz generado por el modelo de laser que están utilizando. Generalmente estos láseres generan un haz polarizado linealmente aunque algunos producen un haz no polarizado. Identifiquen bien la dirección del eje de polarzación. Determinen la dirección del eje de polarización del polarizador lineal utilizando la fuente de luz laser como se muestra en la figura 1. Lo que se tiene que hacer es rotar el polarizador hasta que obtengan un máximo de intensidad, lo cual verificarán con el medidor de potencia. En caso de que el laser ya genere luz polarizada entonces alinear el eje de polarización del laser verticalmente, y usar ese eje como referencia para el polarizador. Si el laser no está polarizado, encuentren el eje de transmisión del polarizador observando la reflexión de la luz en una superficie, como se muestra en la figura 2. Recuerden que la luz se polariza al reflejarse en una superficie con un ángulo de incidencia θ i = θ p. Usando el medidor de potencia ubiquen el eje de polarización observando la intensidad transmitida. Recuerden que cuando el ángulo de incidencia coincide con el de polarización el campo queda polarizado paralelo al plano de la interfase (horizontalmente si están viendo hacia el reflejo). La intensidad que midan debe ser mínima si el eje del polarizador está vertical, y máxima si está colocado horizontalmente. Figure 1: 3. Midan la variación de la intensidad rotando el polarizador lineal a diferentes ángulos hasta que completen una vuelta, tomen suficientes mediciones para poder generar una gráfica de intensidad vs. ángulo del polarizador. Comparen sus resultados experimentales con la Ley de Malus teórica donde I 0 es la intensidad del campo antes de pasar por el polarizador. I(θ) = I 0 cos 2 θ, (1) Figure 2: Página 4 de 5

5 4. Armar el arreglo de la figura 3. En esta figura se está asumiendo que la dirección de polarización del campo eléctrico del láser es vertical. 5. Girar el polarizador lineal y ajustar el retardador de cuarto de onda hasta minimizar la variación de la amplitud senoidal de la señal del sensor observada en un osciloscopio o multímetro. Explicar lo que está pasando, es decir, qué está ocurriendo cuando se minimiza la variación en la señal senoidal? Qué está pasando con el estado de polarización de la luz cuando se minimiza la variación de intensidad conforme gira el polarizador lineal? Describir el estado de polarización observado. Figure 3: 6. Cambiar ahora el retardador de λ/4 por un retardador λ/2. Girar el retardador hasta obtener un mínimo de intensidad. (a) Describe cómo quedó orientado el eje rápido del retardador (se encuentra indicado con unas líneas blancas). (b) Ahora encuentra el máximo de intensidad. Explica si cambió algo con respecto a a la situación del punto 2 y 3 en la posición angular relativa entre los polarizadores lineales. 7. Armen un arreglo para la medición de los parámetros de Stokes. Utilizando una lámpara de vapor de mercurio y un polarizador lineal ubicado de tal manera que aproximadamente la mitad de la luz que sale de la lámpara cruce el polarizador. Monten un arreglo con el retardador de cuarto de onda y el polarizador lineal para medir los parámetros de Stokes a partir de las mediciones de intensidad usando el medidor de potencia como lo vimos en clase. Determinen el grado de polarización del campo usando las dos formas vistas en clase, usando las mediciones y mediante los parámetros de Stokes P = P = I I I + I, (2) S S S2 3 S 0 (3) 8. Construyan ahora un campo con polarización circular derecha. Estudien a través de la medición de los parámetros de Stokes, cuál es el efecto que tiene un retardador de media onda sobre el campo con polarización circular derecha. Ustedes tienen forma de determinar analíticamente usando los vectores y matrices de Jones cuál debe ser este efecto. Comenten si la orientación del eje del retardador tiene alguna influencia sobre sus mediciones. Página 5 de 5