Práctica 2

Prácticas de Física Avanzada. Curso 2004-2005
2.- Polarización. Retardadores.
Objetivos:
– Familiarizarse con los polarizadores lineales dicroicos y las láminas
retardadoras.
– Verificar cuantitativamente la ley de Malus.
– Comprobar el efecto de los retardadores sobre el estado de polarización.
Conceptos implicados:
– La polarización de la luz (como la de cualquier otra onda transversal)
viene dada por la relación de amplitudes y el desfase de sus componentes
según dos ejes perpendiculares a su dirección de propagación.
– Los polarizadores lineales transmiten únicamente la componente de la
onda incidente según una dirección característica del dispositivo llamada
eje de polarización. La onda emergente queda así polarizada linealmente
según dicho plano.
– Las placas retardadoras introducen un desfase adicional fijo entre las
componentes de la luz según dos direcciones características del
dispositivo, llamadas respectivamente ejes rápido y lento. Modifican así
el estado de polarización del haz emergente con respecto al incidente;
esta modificación depende tanto del retardo introducido como de la
orientación del retardador con respecto al haz.
– Los retardadores de cuarto de
onda (l/4) introducen un retardo
adicional de p/2 entre las dos
componentes
paralela
y
perpendicular a su eje óptico.
Cuando el haz incidente está
linealmente polarizado el haz
emergente está, en general,
polarizado elípticamente.
– Los retardadores de media onda
(l/2) introducen un retardo
adicional de p entre las dos
componentes
paralela
y
perpendicular a su eje óptico. El
efecto de este retardador es rotar
la polarización del has emergente
hasta dejarla simétrica a la del haz
incidente con respecto al eje
óptico del dispositivo.
Prácticas de Física Avanzada. Curso 2004-2005
Procedimiento:
Parte a: Verificación de la ley de Malus.
H
F
P
A
D
1.– Tome la primera mitad del banco óptico y monte la lámpara halógena H
en su extremo, con el haz orientado hacia el banco.
2.– Coloque al menos a unos 10cm de la lámpara un filtro rojo F montado
en un soporte de plástico sin graduar.
3.– Monte a continuación los dos polarizadores lineales —el más próximo
a la lámpara P (polarizador) en un soporte sin graduar y el más alejado
A (analizador) en un soporte graduado— guardando una separación de
unos 15 cm entre ambos y, finalmente, el fotodetector D.
4.– Conecte la salida del amplificador del detector a un polímetro digital.
Enchufe el terminal ROJO del cable en el terminal COMÚN del
polímetro para que la lectura de éste sea un valor positivo. Seleccione
la escala de 200mV de corriente continua.
5.– Es conveniente proteger el detector de la luz ambiente usando el plano
inclinado, como se muestra en la figura, para reducir la influencia de
aquélla en las medidas.
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6.– Alinee el analizador A con los 90° de la escala de su soporte; a
continuación oriente el polarizador P de manera que el fotodetector
marque una iluminancia mínima, por último alinee el analizador A con
el cero de la escala de su soporte; de esta manera los planos de
polarización de los dos polarizadores quedarán alineados con el cero de
la escala. Apague la lámpara halógena H y mida la iluminancia
ambiente en el detector Eva.
7.– Encienda la lámpara halógena y, girando el segundo polarizador
(analizador) desde -90º hasta +90º de 10º en 10º, mida la iluminancia
Ev(G) para cada ángulo formado por los ejes de transmisión de los
polarizadores. Conviene que mida también la iluminancia ambiente
correspondiente a cada una de estas medidas tapando el haz con un
cuerpo opaco entre el filtro F y el polarizador P.
8.– Corrija los valores medidos restándoles la iluminancia ambiente.
Determine el máximo valor de la iluminancia Eo.
9.– Ponga de evidencia la ley de Malus representando gráficamente Ev/Eo
frente a G y Ev/Eo frente a cos2G.
Ley de Malus:
Ev = E0 cos 2 G
10.– Con los valores medidos, calcule la recta de regresión de Ev/Eo frente
a cos2G y el coeficiente de correlación r. Discuta el resultado.
Parte b: Efecto de los retardadores sobre la polarización de la luz.
R
11.– Monte el portadiapositivas R en un soporte graduado y sitúelo entre el
polarizador y el analizador.
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12.– Coloque la placa de l/4 en el portadiapositivas.
13.– Alinee el analizador A con los 90° de la escala de su soporte; a
continuación oriente el portadiapositivas R de manera que el
fotodetector marque una iluminancia mínima, por último alinee el
analizador A con el cero de la escala de su soporte; de esta manera
aseguramos que el eje de la placa quede alineado con el plano de
polarización de la luz.
14.– Estudie la polarización del haz que sale de la placa como en el
apartado 7.
15.– Gire el portadiapositivas R con la placa 30º, 45º, 60º y 90º con
respecto a la posición inicial y repita el apartado 14 para cada una de
estas orientaciones.
16.– Corrija los valores medidos restándoles la iluminancia ambiente.
Determine el máximo valor de la iluminancia Eo en las cinco series de
medidas realizadas (no en cada una de ellas). Represente gráficamente
Ev/Eo frente a G para todas las orientaciones de la placa de l/4. Discuta
el resultado obtenido e intente determinar el estado de polarización de
la luz en cada caso.
17.– Coloque la placa de l/2 en el portadiapositivas R.
18.– Repita los pasos del apartado 13 para alinear el eje de la placa con el
plano de polarización de la luz.
19.– Estudie la polarización del haz que sale de la placa como en los
apartados 7 y 14.
20.– Gire el portadiapositivas R con la placa 30º y 45º con respecto a la
posición inicial y repita el apartado 19 para cada una de estas
orientaciones.
21.– Corrija los valores medidos restándoles la iluminancia ambiente.
Determine el máximo valor de la iluminancia Eo en las tres series de
medidas realizadas (no en cada una de ellas). Represente gráficamente
Ev/Eo frente a G para todas las orientaciones de la placa de l/2. Discuta
el resultado obtenido e intente determinar el estado de polarización de
la luz en cada caso.
Bibliografía
1) E. Hecht y A. Zajac, Óptica, Addison-Wesley (1986) pp.233–267
2) F.W. Sears et al., Física Universitaria, Pearson (1999) pp.1064–1071
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G (º)
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