Törésmutató meghatározása a reflexió vizsgálatával

Eszközök

• dióda lézer
• fényérzékelő detektor kézi multiméterrel
• polárszűrő
• különböző anyagú, sík visszaverő felületek (pl.üveg, plexi)

Mérési feladatok

1. Elevenítse fel a sík határfelületre beeső fény törésére és visszaverődésére vonatkozó elméleti ismereteit, különös tekintettel a beeső-, megtört- és visszavert nyalábok intenzitás viszonyaira a beesési szög és a beeső fény polarizációs állapotának függvényében!

2. Állítson össze egy lézerdiódából, egy sík, fényvisszaverő felületű mintából és egy fotodetektorból álló mérési elrendezést, amelyben a minta síkjára beeső, és az onnan visszavert lézernyaláb beesési és visszaverődési szögei mérhetőek!

• Becsülje meg, hogy a beállítás pontatlansága mekkora szöghibát eredményezhet!

3. A minta anyagára jellemző törésmutatót használva becsülje meg a Brewster szöget! Állítsa a fényforrást és a detektort a Brewster szöghöz, és egy megfelelően elforgatott polarizátor közbeiktatásával állítsa be azt a minimális fényintenzitást, amely a párhuzamos polarizációs síkú beesésnek felel meg.

• Figyelem! A lézer polarizált fénye miatt akkor is minimális intenzitást kapunk, ha a polarizátor a lézerfény polarizációs síkjára merőleges. Ekkor azonban már a polarizátor után, és nem csak a visszaverő felület után csökken le az intenzitás, így a beesési síkkal párhuzamos, és a lézer polarizációra merőleges polarizátor-állások jól megkülönböztethetők.

4. Mérje meg a visszavert nyaláb intenzitását a szög függvényében $\setbox0\hbox{$5^\circ $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%$-os lépésközzel. A Brewster szög környékén $\setbox0\hbox{$1^\circ $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%$-os lépsközt használjon, azaz határozza meg a Brewster szöget $\setbox0\hbox{$1^\circ $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%$-os pontossággal.

• A mérés során fontos, hogy a teljes visszaverődő nyaláb a fénydetektor felületére jusson. Ha a nyaláb egy része nem a detektor felületére érkezik, az sokkal nagyobb hibát okoz, mint a beesési szög csekély állításából adódó szöghiba!

• A fénydetektoron mekkora feszültséget mérünk kikapcsolt lézer esetén? Ezt a háttérértéket érdemes minden mérési pontból levonni!

5. Forgassa el a polarizátort az eddigi álláshoz képest $\setbox0\hbox{$90^\circ $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%$-al (beesési síkra merőleges polarizáció), és mérje meg a visszavert intenzitást $\setbox0\hbox{$5^\circ $}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%$-os lépésközzel!

6. A fenti mérések eredményei alapján határozza meg a minta törésmutatóját három módszerrel: (i) a Brewster szög mért értéke alapján. (ii) Párhuzamos polarizáció esetén a visszavert intenzitás szögfüggését illessze a megfelelő Fresnel-formulával. (iii) Merőleges polarizáció esetén a visszavert intenzitás szögfüggését illessze a megfelelő Fresnel-formulával. Az utóbbi két módszernél a törésmutatót és a beeső intenzitást használja illesztési paraméternek.

7. Ismételje meg a fenti méréseket és azok kiértékelését egy másik anyagú mintával is.