A HE-NE LÉZER FÉNYÉNEK VISSZAVERŐDÉSE PATKÓ GYÖRGY
Összefoglalás
Ebben a dolgozatban röviden ismertetem a lézer fény visszaverődésének, Fresnel első egyenletének demonstrálását.
A visszaverődés vizsgálata évezredek óta időszeríí. Az optika alapjelen- ségeit közismert tudósok — többek között Euklides, Platón, Heron, Ptole- maiosz, Leonardo da Vinci, Newton, Descartes, Fer mat, Huygens,. Fresnel tanulmányozták. A ku ta t ók koruk kísérleti, elméleti, technikai fejlettségi szintjének megfelelően a fényvisszaverődés jelenségének egyre bonyolultabb, pontosabb törvényeit ismerték fel. E jelenségeket érdemes ma is részleteseb- ben megvizsgálni szakkörökön, tudományos diákkörökön. A He-Ne lézer rend- kívül alkalmas fényforrás e jelenség vizsgálatára.
Kísérlet:
Egy K F K I gyárt má nyú He-Ne-400-as típusú lézert úgy rögzítsünk (la. ábra), hogy a (632,8 nm hullámhosszúságú vörös) fénye az Fa és Fb felü-
a b
1. ábra
letekre (az A és B pontokra) merőlegesen essen be úgy, hogy a fényforrást az optikai tengelye körül elforgatva a megvilágítás változatlan legyen. Mivel a lézer fény, a JaoM lineárisan polarizált, kit ünt ete tt rezgéssíkú fénynyaláb.
Az optikai tengely körül forgatható fényforrást (lézert) olyan szög beosztással l át j u k el, amelyen a lézer fényének Ea elektromos térerősség rezgéssíkja (pa0-aX
egybeesik. így a lézer tengelykörüli elforgatásával bármely <pa érték leolvas- ható. Az Fa felülettel párhuzamosan olyan síkfelületű optikai (D) detektort helyezünk el (lb. ábra) (G) galvanométerrel összekapcsolva, amely által mu- t at ot t Ia {fiA) fotoáram független a lézer (L) fényforrás forgatásától (99a-tól).
Az elmélet alapján belátható, hogy a Ja(A) fényáram intenzitása arányos a be- eső fényhullám Ea amplitúdóvektorának négyzetével. Tehát Ja ~ E|-tel.
A fényvisszaverődés a 2. ábra alapján szemléltethető, mérhető. A kísér- lethez a vastagabb planparalel lemez alkalmas, ugyanis így könnyebb a meg- tört és a második felületről (B) visszavert nyaláb elkülönítése. A visszavert fényhullám (Ec) elektromos térerősség amplitúdó vektorához viszonyítjuk a beeső fényhullám (Ea) elektromos térerősség amplitúdóvektorát.
Tehát:
J c W E |
J.(A) ~ Wa Va 1' Ebből:
A fényerősség amplitúdóarányai a Fresnel képlet (1) figyelembevételével meg- határozható. [12]. 35. old.
864
Elmélet:
Essék az [a] és [b] átlátszó közegek sík f határfelületére a beesési szöggel párhuzamos lineárisan polarizált, monokromatikus Ja(A) fénynyaláb, amely- ben Ea beeső elektromos térerősség amplitúdója cpa szöget zár be a beesés sík- jával (3. ábra). A Ha mágneses térerősség az Ea-ra merőleges.
> H C
3. ábra
Kérdés:
Mekkora a visszavert nyalábban az Ec elektromos térerősség amplitúdója és a q?c irányszöge?
A számítás alapja, hogy az elektromos térerő határfelülettel párhuzamos összetevője folytonosan megy át a határfelületen.
A számítás végeredménye:
E = E B i n ( a - / S ) . 2 cos2 ( « + jg)
sin (a -f (5) \ 8111 c o s2( a - ^ ) COSzqpa, cos(a — /3)
( 1 )
(2)
ahol: B = arc sin — s i n a.
nb
Ezek (1), (2) a Fresnel-féle képletek. [12]. 27. old. A visszavert fénynya- lábban az elektromos térerősség amplitúdója (Ec) és irányszöge (<jpc) kiszámít-
ható a beeső lineárisan polarizált fény Ea elektromos térerősség amplitúdójá- ból és <pa irányszögéből, de független változó az a beesési szög és az n (A, T) op- tikai törésmutató.
A 90° - üt
k
60 9(1 4. ábra
Ha a törésmutatót / 3-nak választjuk, akkor a 4. ábra a visszavert nya- lábra vonatkozó oc beesési szög (x-tengely), a <pa-beesési irányszög (z-tengely) függvényében az E amplitúdóviszonyt (y-tengely) szemlélteti.
Az 5. ábra a visszavert elektromos térerő (Ec) (pc irányszögét ábrázolja az a be- esési szög (x-tengely), a <pa-beesési irányszög függvényében.
Mindkét ábrán jól látható, hogy az ocP = arc tg J/3 = 60° polarizáció szögénél lényeges változások következnek be.
Ha a lineárisan poláros fényt merőlegesen ej tj ük a határfelületre (a = 0), akkor a Fresnel-képletek a következő módon alakulnak:
A merőleges beesésnél Ja(A) egy része az eredeti irányban JC(A) visszaverődik (6. ábra). A merőlegesen beeső lineárisan polarizált fénynyaláb elektromos térerősség vektora (Ea) a visszavert fénynyaláb elektromos térerősség vekto- rával (Ec) ellentétes fázisban rezeg.
A mért és a számolt eredmények jól megegyeznek. [6]. 50. old.
A leírt kísérlet könnyen demonstrálható, reprodukálható.
A kísérlet bővíthető a természetes fény visszaverődésének vizsgálatával.
[12]. 37. old.
( 3 ) ( 4 )
tg cpc = - t g <pa.
366
IRODALOM [1] Bernolák K . : A fény. Műs zaki Kiadó, Bp., 1981.
[2] B ud ó Á . - Mátrai T . : Kísérleti fizika I I I . T a nk önyv k ia d ó, Bp. , 1978.
[3] F e y m a n : Mai fizi ka 3. Műs zaki Kiadó, Bp., 1969'.
[4] Javorszki j, B. M. —Detlof A. A . : Fizikai zsebkönyv . Műszaki K iadó, Bp., 1974.
[5] Kiss J . : A Fres nel egyenletek számítógépes vizsgálata. Eger, 1982. (Szakdolgozat) [6] Kubicskó E. — Simon I.: A Fresnel-képletek kísérleti vizsgálata. Eger, 1982. (szak-
dolgozat)
[7] Mátr ai T . : Gyakorlat i spektros zkópi a. Műszaki Kiadó, Bp., 1963.
[8] Mátrai T. — P a t k ó Gy.: F é n y t a n . Ta n kö ny v ki adó , Bp. 1978. (Jegyzet) [9] Papalekszi N. D . : Fizika 11. rész. T ank ön y vk i ad ó , Bp., 1951.
[10] P a t k ó G y.: Lineárisan polarizált fény visszaverődése és törése. VI. Ész ak- mag yar - országi Al t al ános Iskolai F i zik at aná ri Ankét Eger, 1983. 171. old.
[11] P o gá n y B .: Az elektromágneses tér. A t h e n a e u m R T . Bp., 1927.
[12] Vermes M.: A poláros fény. Műszaki Ki adó, Bp . , 1907.
[13] Weizel W . : Fi zikai k é p l e t g yű j t e m é ny I. Műszaki Ki adó, Bp., 1927.
868
Zusammeníassung
Reflexion des Lichtes des He-Ne Lasers
Das Thema dieser Abhandlung ist die Demonstration der Reflexion des Laser-Lichtes, der ersten Gleichung von Fresnel.
