Determinació de les propietats òptiques d’un material

L’objectiu d’aquest exercici és utilitzar la miniaplicació de polarització i les lleis de Fresnel per determinar les constants òptiques de dos materials: un dielèctric (i per tant es determinarà l’índex de refracció) i un dielèctric lleugerament absorbent (és a dir amb coeficient d’extinció k diferent de 0 però petit). L’exercici consisteix a aprofitar les dades mesurades en un experiment hipotètic i mirar de reproduir-les amb la miniaplicació de manera que se’n puguin obtenir les constants del material.

1. Determinació de l’índex de refracció d’un dielèctric

En un experiment un feix de llum linealment polaritzada a 45º del pla d’incidència (p) incideix des de l’aire (n = 1) sobre una superfície plana d’un material dielèctric desconegut (índex n') amb un angle d’incidència de 45º. La llum reflectida surt polaritzada linealment amb un angle respecte del pla d’incidència de 108.4º.

Amb la miniaplicació de polarització configureu el feix incident per tal que sigui una ona polaritzada lineal a 45º del pla p. Llavors aneu a la pestanya "Dielèctrics" i polseu el botó "Polarització". Per trobar el valor de n' cal seguir els passos següents:

1. Trobeu els valors de r_p i r_s per als valors de n' = 1.1, 1.3... i així en intervals de Δ = 0.2 fins a 2.5. Per cada valor de n' calculeu l’angle de polarització de la llum reflectida i representeu en un gràfic l’angle en funció de n'. Això us permetrà determinar el valor de n' amb un error de ± 0.1.
2. Examinant l’interval on es troba n' i seguint el mateix procés amb un valor de Δ més petit podeu determinar el valor de n' fins al segon decimal.

Cal presentar els dos gràfics i donar l’índex n' trobat en els dos casos.

2. Determinació de n i k en un material dielèctric lleugerament absorbent

Es fa un experiment en les condicions anteriors (llum des de l’aire sobre un medi, polaritzada linealment a 45º del pla d’incidència i amb un angle d’incidència de 45º). En aquest cas, però, la llum reflectida està polaritzada el·lípticament. Mesurant l’el·lipse de polarització i analitzant-la es troba que els valors que la caracteritzen són: r_p = 0.33, r_s = 0.55 (mòduls dels coeficients de reflexió) i desfasament total 24.8º. Podem trobar el valor de n' i k per aproximacions successives:

1. A la finestra Conductors comenceu per un valor de k = 0 (ja que sabem que el material és lleugerament absorbent) i trobeu per a quin valor de n' els valors de r_p i r_s s’aproximen més als mesurats.
2. Mantenint el valor de n' trobat, varieu k fins que es trobi un desfasament total similar al mesurat.
3. Per afinar en la determinació de n' i k, manteniu la k trobada en el pas anterior constant i varieu n' fins que milloreu la coincidència entre els valors r_p, r_s i el desfasament total calculats i mesurats.
4. Repetiu el mateix procés mantenint n' constant i variant k. Finalment, repetiu els passos 3 i 4 fins que trobeu uns valors de n' i k que donin un bon ajust de les dades experimentals.

Els resultats que heu de mostrar en aquest apartat són:

1. Una taula amb els valors de n' i k i de r_p, r_s i el desfasament total obtinguts en cada pas.
2. Una representació gràfica del camí seguit per aquests valors en un gràfic n'-k.
3. Una altra representació gràfica dels valors corresponents en un gràfic r_p-r_s i un altre gràfic r_p-desfasament total.