Этот эксперимент посвящен масштабному исследованию поляризации и ее применений.

$\textbf{Внимание!}$ Во всех частях эксперимента оценка погрешностей НЕ требуется!
$\textbf{Внимание!}$ Запрещено наносить надписи/пометки на транспортиры и прочие элементы оборудования! Предварительно приклеив малярный скотч, можно писать на нём.

Оборудование (общее)

1. Поляризаторы (2 шт.) с известными плоскостями пропускания (разрешенное направление: $0^{\circ}-180^{\circ} (\pm5^{\circ})$) . Поляризаторы заключены в круглые черные оправы с широким внутренним окошком: его диаметр $2~см$
2. Линзы (2 шт.)
3. Лампа накаливания
4. Источник постоянного напряжения $\textbf{(не подавать на лампу напряжение выше 12 В!)}$ (необходимую пару штекеров легко выбрать, испытав подключение каждой из пар к источнику)
5. Датчик освещенности: фотодиод на магните, мультиметр, батарейка Крона, клеммная колодка, резистор 10 кОм
6. Экран с магнитной поверхностью, с креплением для листа бумаги
7. Оптическая скамья с рейтерами
8. Магнитный держатель (3 шт.) поляризаторов и пластин
9. Держатель лазера 
10. Линейка
11. Картон
12. Малярный скотч
13. Ножницы и бумага (по требованию)

Датчик освещенности следует собрать по приведенной схеме, включив в качестве резистора выданное вам сопротивление 10 кОм. Обратите внимание на полярность подключений!

Часть A. (10 баллов)

Оборудование (дополнительное)

1. Волновая пластинки. Пластинка заключена в круглую черную оправу с узким внутренним окошком: его диаметр $1~см$
2. 3D-очки №1, №2
3. Линза с дифракционной решеткой
4. Красный и синий лазеры с зажимом
5. 2 батарейки AAA (для лазеров)

Волновой пластинкой называется пластина из одноосного кристалла, оптическая ось (направление зададим единичным вектором $\vec{y}$) которого лежит в ее плоскости. В волновой пластинке между обыкновенным лучем ($\vec{E} \perp \vec{y}$) и необыкновенным ($\vec{E} \parallel \vec{y}$) возникает разность хода $\Delta n l$, где $\Delta n$ – разность между показателем преломления для обыкновенного луча и необыкновенного, а $l$ – толщина пластины. Обычно эту разность хода формулируют в терминах некоторой длины волны:
1. Полуволновые ($\lambda/2$) пластинки $\Delta n \cdot l = \left( m + \dfrac{1}{2} \right) \lambda$;
2. Четвертьволновые ($\lambda/4$) пластинки $\Delta n \cdot l = \left(m + \dfrac{1}{4} \right) \lambda$ или $\Delta n \cdot l = \left(m + \dfrac{3}{4} \right) \lambda$.

В качестве опорной возьмем длину волны красного лазера: $\lambda_\text{r}=650~\text{нм}$.

A1 Схематично зарисуйте и опишите эксперимент, позволяющий отличить друг от друга пластинки $\lambda/2$ и $\lambda/4$.

S

A2 Схематично зарисуйте эксперимент, позволяющий для произвольной пластинки $\left(\Delta n\cdot l=\left(m+\dfrac{\Delta \varphi}{2\pi}\right)\lambda\right)$ определить модовость $m$. Определите её.

S

A3 Схематично зарисуйте эксперимент, позволяющий для произвольной пластинки $\left(\Delta n\cdot l=\left(m+\dfrac{\Delta \varphi}{2\pi}\right)\lambda\right)$ определить дополнительно вносимую фазу $\Delta \varphi$. Проведите серии измерений и определите $\Delta\varphi_r$ и $\Delta\varphi_b$ для красного и синего лазеров.

A4 В таблице в листе ответов отметьте, какому типу соответствует пластинка. Для каждой пластинки определите и запишите в таблицу направление оптической оси (с точностью до поворота на угол, кратный $90^{\circ}$). Если среди пластинка многомодовая, рассчитайте для нее число $m$. Опишите все ваши действия и наблюдения, приведите результаты всех измерений и обоснования всех ответов.

S

A5 Пользуясь приведенной таблицей, укажите вещество, из которого, по Вашему мнению, сделаны пластинки, если их толщина $l \approx 1~\text{мм}$.

S

Возможности, которые дает нам волновая оптика, давно используются в ежедневной жизни. В следующих пунктах вам придется строить предположения о том, каким образом устроены 3D-очки. Сделайте поясняющие рисунки, и для некоторых элементов, по возможности, проведите измерения их характеристик. 

1. Если в Вашу схему входит плоскопараллельная пластинка, то укажите ее оптическую толщину $nl$. 
2. Если в Вашу схему входит линза, то укажите ее фокусное расстояние $f$. 
3. Если в Вашу схему входит цветной фильтр, то укажите характерные длины волн полос пропускания и поглащения. 
4. Если в Вашу схему входит поляризатор, то укажите угол между плоскостью пропускания и вертикалью.
5. Если в Вашу схему входит волновая пластинка, то укажите ее «оптическую толщину» $\Delta n \cdot l$ в терминах длины волны красного лазера. Например, $\Delta n \cdot l = 20.21 \lambda_\text{r}$.

A6 Предположите наиболее простое устройство 3D-очков №1. Предложите технологию создания стереоскопического (кажущегося объемным) изображения плоским экраном с помощью этих очков. 

Подсказка: Для иллюзии объема разным глазам должны транслироваться отличающиеся точкой съемки картинки (так работает бинокулярное зрение). Поэтому в 3D-кинотеатрах, для которых предназначены очки №1, экран должен создавать эти две картинки, излучая (либо построчно, либо по очереди) волны с разной поляризацией (какой?).

S

A7 Предположите наиболее простое устройство 3D-очков №2. Предложите технологию создания стереоскопического (кажущегося объемным) изображения плоским экраном с помощью этих очков.

S