阿贝折射仪介质折射率

阿贝折射仪测介质折射率

折射率是透明材料的一个重要光学常数。测定透明材料折射率的方法很多，如全反射法和最小偏向角法，最小偏向角法具有测量精度高、被测折射率的大小不受限制、不需要已知折射率的标准试件而能直接测出被测材料的折射率等优点。但是，被测材料要制成棱镜，而且对棱镜的技术条件要求高，不便快速测量。全反射法具有测量方便快捷，对环境要求不高，不需要单色光源等特点。然而，因全反射法属于比较测量，故其测量准确度不高（大约Δn=3 ×10-4），被测材料的折射率的大小受到限制（约为1.3～1.7），且对固体材料还需制成试件。尽管如此，在一些精度要求不高的测量中，全反射法仍被广泛使用。

阿贝折射仪就是根据全反射原理制成的一种专门用于测量透明或半透明液体和固体折射率及色散率的仪器，它还可用来测量糖溶液的含糖浓度。它是石油化工、光学仪器、食品工业等有关工厂、科研机构及学校的常用仪器。

【实验目的】

1.加深对全反射原理的理解，掌握应用方法。

2.了解阿贝折射仪的结构和测量原理，熟悉其使用方法。

3.通过对糖溶液折射率的测定确定其锤度。

【实验仪器】

WAY阿贝折射仪、待测液（蒸馏水，无水乙醇，糖溶液）、滴管、脱脂棉

【实验原理】

一、仪器描述

阿贝折射仪是测量物质折射率的专用仪器，它能快速而准确地测出透明、半透明液体或固体材料的折射率（测量范围一般为1.4-1.7)，它还可以与恒温、测温装置连用，测定折射率与温度的变化关系。

阿贝折射仪的光学系统由望远系统和读数系统组成，如图1所示。

望远系统。光线进入进光棱镜1与折射棱镜2之间有一微小均匀的间隙，被测液体就放在此空隙内。当光线（太阳光或日光灯）射入进光棱镜1时便在磨砂面上产生漫反射，使被测液层内有各种不同角度的入射光，经折射棱镜2产生一束折射角均大于出射角度i的光线。由摆动反射镜3将此束光线射入消色散棱镜组4，此消色散棱镜组是由一对等色散阿米西棱镜组成，其作用是可获得一可变色散来抵消由于折射棱镜对不同被测物体所产生的色散。再由望远镜5将此明暗分界线成像于分划板 7上，分划板上有十字分划线，通过目镜8能看到如图2上部分所示的象。

读数系统。光线经聚光镜12照明刻度板11（刻度板与摆动反射镜3连成一体

．．．．同时绕刻度中心作回转运动）。通过反射镜10，读数物镜9，平行棱镜6将刻度板上不同部位折射率示值成象于分划板7上(见图2)

图 1 望远系统读数系统光路图

1.进光棱镜

2.折射棱镜

3.摆动反光镜

4.消色散棱镜组

5.望远物镜组

6.平行棱镜

7.分划板

8.目镜

9.读数物镜10反光镜11.刻度盘12.聚光镜

图 2

读数镜视场中右边为液体折射率刻度，左边为蔗糖溶液质量分数（锤度Brix）（0-95％，刻度）

图3仪器结构图

1反射镜2棱镜座连接转轴3遮光板5进光棱座6色散调节手轮7色散值刻度圈

8目镜9盖板10锁紧手轮11折射标棱镜座12照明刻度聚光镜13温度计座 14底座15折射率刻度手轮17壳体18恒温器接头 二、实验原理

阿贝折射仪是根据全反射原理设计的，有透射光(掠入射)与反射光(全反射)两种使用方法。

（一）测定液体的折射率

若待测物为透明浓体，一般用透射光即掠入射方法来测量其折射率n x 。

阿贝折射仪中的阿贝棱镜组由两个直角角棱镜(折射串率为n)组成，一个是进光棱镜，它的弦面是磨砂的，其作用是形成均匀的扩展面光源。另一个是折射棱镜。待测液体(n x ＜n)夹在两棱镜的弦面之间，形成薄膜。如图4所示，

图 4

光先射入进光棱镜，由其磨砂弦面A ，B ，

产生漫射光穿过液层进入折射棱镜(图中ABC)。因此到达液体和折射棱镜的接触面(AB 面)上任意一点E 的诸光线(如1，2，3等)具有各种不同的入射角，最大的入射角是90度。，这种方向的入射称为掠入射。对不同方向入射光中的某条光线，设它以入射角i 射向AB 面，经棱镜两次折射后，从AC 面以'?角出射，若x n n <，则由折射定律得

sin sin x n i n =α 1） sin sin n 'β=? 2）

其中α为AB 面上的折射角，β为AC 面上的入射角。由图4得棱镜顶角A 与α角及β角的关系为

A =α+β则 A α=-β代入1）式得

sin sin()(sin cos cos sin )x n i n A n A A =-β=β-β 3）

由2）式得222

sin sin n 'β=? 即2

2

2

(1cos sin n '-β)=?

2222cos sin n n '-β=?

则cos β=

代入3）式得：sin sin cos sin x n i A '=?

从图4可以看出，对于光线“1”，有i →90》

，sini →1，sin '?→sin ?，则上式变为

sin cos sin x n A =?

因此，若折射棱镜的折射率n 、折射顶角95已知，只要测出出射角?即可求出待测液体的折射率x n 。

若A =α-β,这时出射光线与顶角A 在AC 面法线的同侧，上式变为

sin cos sin x n A =?

阿贝折射仪是如何测量与光线“1”相对应的出射角?呢?由图4可知。除光线“1”外，其它光线“2”、“3”等在AB 面上的入射角皆小于90度。因此当扩展光源的光线从各个方向射向AB 面时，凡入射角小于90度的光线，经棱镜折射后的出射角必大于角而偏折于“1’”的左侧形成亮视场。而“1”的另一测因无光线而形成暗场。显然，明暗视场的分界线就是掠入射光束“1”的出射方向(“1’”)。 阿贝折射镜标出了与?角对应的折射率值，测量时只要使明暗分界线与望远镜叉丝交点对准，就可从视场中折射率刻度读出n x 值。 （二）、测定固体的折射率

若待测固体有两个互成90度角的抛光面，则可用透射光测定其折射率，如图5所示，在待测固体和折射棱镜AB 面上滴一滴接触液（其折射率为n 2，要求n 2＞n x ），一般用折射率较高的溴代苯），扩展光源发出的光直接进入待测固体（不用进入光棱镜），经过接触液进入折射棱镜，其中一部分光线在通过待测固体时，传播方向平行于固体与接触液的交界面。当2x n n n <

sin cos sin x n A =?

当出射光线与顶角A 分居于AC 面法线两侧时，公式取“－”号，反之，若在同侧时，公式取“＋”号。

由于折射棱镜的n 和A 均已知，只要测出光线掠入射经过待测固体时，由棱镜AC 面上出射极限角?，由上式即可算出待测固体的折射率。用阿贝折射仪测量时，只要明暗分界线与望远镜叉丝交点对准，就可直接读出n x 值。

接触液的存在并不影响n x 的测量，但只要求折射率2x n n >。接触液的作用是使得待测样品面和折射棱镜面形成良好的光学接触，没有空隙且有粘附性。此外，用反射光测定折射率的原理如图6所示，光由折射棱镜的磨砂面BC 进入，此时BC 面就成为一个扩展面光源，到达AB 面（与待测物质的接触面）上任意一点的诸光线具有不同的入射角，凡入射角大于临界角arcsin

)x

c n i n

=（者，皆全反射，再经AC 面射出，用望远镜对准?角方向，同样观察到明暗视场，但明暗差别不如透射光，而且明暗相对透射法测量颠倒。用反射光测量固体的折射率时，只需一个抛光面

图 5 图 6

任何物质的折射率都与测量时使用的光波的波长有关。阿贝折射仪因此有光补偿装置（阿米西棱镜组），所以测量时可用白光光源，且测量结果相当于对钠黄光（λ＝589.3nm ）的折射率（即n D ）。另外，液体的折射率还与温度有关，因此若仪器接上恒温器，则可测定温度为0℃-50℃内的折射率即n D 。 【实验内容与步骤】 测定液体的折射率

1. 用脱脂棉沾酒精将进光棱镜和折射棱镜擦拭干净，干燥后使用。避免因残留有

其他物质，而影响测量结果。

2. 用滴管将少许待测液滴在折射棱镜的表面上，并将进光棱镜盖上，旋紧棱镜锁

紧手轮10锁紧，待测液在中间形成一层均匀无气泡的液膜。 3. 打开进光棱镜上的遮光板，关闭折射棱镜上遮光板用透射光测量，旋转折射率

刻度调节手轮15找到明暗分界线使之大致对准十字叉丝的交点。然后旋转阿米西棱镜手轮6，消除视场中出现的色彩，使视场中只有黑白分界线。

4. 再次微调手轮15，使明暗分界线正对十字线中心。此时，目镜视场中折射率

刻度示值即为被测液体的折射率。读取数据时首先沿正方向旋转棱镜转动手轮（如向前），调节到位后，记录一个数据。然后继续沿正方向旋转一小段后，再沿反方向（向后）旋转棱镜转动手轮，调节到位后，又记录一个数据。取两个数据的平均值为一次测量值。

5. 分别测定蒸馏水、无水乙醇和糖溶液的折射率各6次。关闭进光棱镜遮光板，

打开折射棱镜遮光板用反射光法测量三种溶液折射率各6次。测量糖溶液时，还要同时测出其锤度。

6.对透射光法和反射光法测定两组数据各求平均值和不确定度。

【注意事项】

1.使用仪器前应先检查进光棱镜的磨砂面、折射棱镜及标准玻璃块的光学面是否

干净，如有污迹用酒精棉擦拭干净。

2.用标准块校准仪器读数时，所用折射率液不宜太多，使折射率液均匀布满接触

面即可。过多的折射率液易堆积于标准块的棱尖处，既影响明暗分界线的清晰度，又容易造成标准块从折射棱镜上掉落而损坏。

3.在加入的折射率液或待测液中，应防止留有气泡，以免影响测量结果。

4.读取数据时，首先沿正方向旋转棱镜转动手轮（如向前），调节到位后，记录

一个数据。然后继续沿正方向旋转一小段后，再沿反方向（向后）旋转棱镜转动手轮，调节到位后，又记录一个数据。取两个数据的平均值为一次测量值。

5.实验过程中要注意爱护光学器件，不允许用手触摸光学器件的光学面，避免剧

烈振动和碰撞。

6.仪器使用完毕后，要将棱镜表面及标准块擦拭干净，目镜套上镜头保护纸，放

入盒内。

【数据记录及处理】

测定液体的折射率环境温度t= ℃

u=S＝

平均值n＝n

An

Bn u

n

c

合成不确定度n u ＝ 测量结果n u n n =±＝ ±

平均值n ＝ n An u =S ＝ Bn u n

c 合成不确定度n u ＝ 测量结果n u n n =±＝ ±

【思考题】

1． 阿贝折射仪使用什么光源？所测得的折射率是对哪条谱线的折射率？ 2． 进光棱镜的工作面为什么要磨砂？

3． 溴代苯溶液起何作用？对其折射率有何要求？

4． 阿贝折射仪测定折射率的原理是什么？若待测物质折射率大于折射棱镜的折

射率，能否测量？为什么？并写出本实验测定折射率的范围。

用读数显微镜测透明介质的折射率-最新年文档

用读数显微镜测透明介质的折射率 折射率是表征介质光学性质的重要参数。对弱磁性介质，其由介质的介电常数及光的波长决定。而介质的介电常数又与其分子结构、原子间化学键形式、成分和均匀性、溶液的浓度、密度、 纯度等有密切关系。对介质折射率的准确测量在光学仪器、化 医疗、工、制糖、乳制品、制药、饮料等诸多领域有重要意义，特别是通 过折射率测量溶液浓度的技术，在上述领域已有广泛应用 [1-4] 。折射率是以光在真空中的传播速度与在介质中的传播速度之比来定义的，但通过直接测量光速来测量折射率难度较大。 因此，测量折射率的方法一般都是间接方法，主要有折射法、干涉法、费涅尔公式法等。其中折射法最为常用，一般借助精密测角仪、棱镜折射仪、阿贝折射仪等，通过对角度的准确测定来实现[3-4] 。这些测量仪器，虽有较高的测量精度，但由于造价高、装置体积大、操作不方便、对测量环境的要求高等因素的影响，对相关的生产和科研工作带来了诸多不便。本文介绍一种用三维读数显微镜，通过测量清晰像的物与物折射成像的位置，测量折射率的方法，可迅速方便地测量透明介质的折射率。通过对BK1 玻璃、纯水、蔗糖溶液的折射率的测定，证明该方法简便、可靠，测量结果的不确定度达到0.001 。由于一般实验室均配备有读数显微镜，所以，该方法具有较高的推广价值。 1.测量原理与测量方法

选择特定颜色的印有小型文字的薄膜贴在读数显微镜载物台上，在显微镜中调出字迹（即物）清晰的像，记录显微镜物镜的位置X1；将待测厚平板玻璃放在载物台上，紧压字迹，调出 字迹清晰的像，记录显微镜物镜的位置X2;在平板玻璃上表面 X3。贴一同样文字，调出字迹清晰的像，记录显微镜物镜的位置由于显微 镜成清晰的像对观察物到物镜的距离有确定要求，则平板玻璃的实际厚度为H = X3-X1 ，视觉厚度h = X3-X2 ，如图1 所示。因为显微镜观察文字时，光线经玻璃上表面折射时的入射角和折射角和都非常小，所以 透明液体折射率的测量方法与平板玻璃类似，先将特定颜色的印有小型文字的薄膜贴在平底容器的内底部，将容器平置于载物台上，在显微镜中调出字迹（即物）清晰的像，记录显微镜物镜的竖直位置XI；向容器中注入一定深度（2-3cm）的待测液体， 调出字迹清晰的像，记录显微镜物镜的竖直位置X2;在液面上 撒些相应颜色的细粉笔末，调出其清晰的像，记录显微镜物镜的竖直位置X3,依据式（1），可算出待测液体的折射率［5］。为 避免液面弯曲对测量结果的影响，容器的孔径应大于6cm。 2.玻璃、纯水、蔗糖溶液折射率的测定与分析 表1列出了依据本文方法用长春第二光学仪器XX公司生产 的JXD型三维读数显微镜，测定的BK1玻璃、纯水以及五种不同浓度蔗糖溶液折射率的测量数据与测量结果，样品的温度为 17.1 C，选用的光色为蓝色，波长范围为450-490nm。表1还列 出了相应折射率的一些文献值。 从表1 可见，依据本文介绍的测量方法，用普通读数显微镜，对 BK1 玻璃和纯水的折射率的测量结果与文献[6] 发布的公认值符合得很好,其误差在不确定度范围以内。根据表1 的测量结果，我们用Origin 6.0 数据分析软件，对蔗糖溶液的折射率与其百分浓度的关系进行了线性拟合,如图2所示。拟合结果为

光纤光学习题集

第二章： 1.设计一种光波导结构，其传光波导层为平板形状,标出折射率结构。 2.从数学上证明，在均匀折射率介质中，光纤轨迹为直线传播。 3.如果已经知道光纤中只允许1个模式存在，能否通过外界激励获得2个模式传播？ 4.“纵横关系式”有何作用？ 5.光场分量的哪一个分量总是独立满足波导场方程？写出该波导场方程式。 第三章： 1.几何光学与波动光学的适用条件各是什么? 2.产生光内全反射的条件是什么? 3.一根空心玻璃管能否传光？为什么？ 4.光纤纤芯变粗时，允许存在的模式数目如何变化？ 5.什么是光纤的模式？ 6.推导波导场方程经历了哪几种分离变量？ 1. 写出SIOF中推导本征值方程的主要数学步骤。 2. 写出SIOF中TE01、TE02、TE03在临近截止和远离截止时的本征值。 3. 写出SIOF中模式数目与V值的关系式。 4. 根据SIOF色散曲线分析，在V=4.5时有哪几个模式存在？总模式数目是多少？并与模式数估算公式的结果比较。

5. 为什么Vc<2.405只适应于SIOF？ 6. 弱导光纤中组成线偏振模式的理论依据是什么？ 7. 为什么LP0m模式只有两重简并？ 8. 实际光纤中传播的模式是线偏振模式吗？为什么？ 9. 画出LP6,8模式场分布示意图。 10. 高阶模式与低阶模式哪个输出角度大？ 第四章： 1. 一根空心玻璃管能否传光？为什么？ 2. 光纤纤芯变粗时，允许存在的模式数目如何变化？ 3. 光纤中传播的光波有何特征？ 4. 推导波导场方程经历了哪几种分离变量？ 5. 本征方程有什么特点？ 6. 模式是什么？ 7. 如何唯一确定一个模式？ 8. 由射线方程推导光线轨迹，只需要知道什么？ 9. 渐变折射率分布光纤中光线如何传播？为什么？ 1.画出阶跃分布光纤与平方率分布光纤基模场解函数曲线示意图。 2.SIOF与GIOF中哪个导模数目更多？ 3.已知平方率分布光纤V=2，求基模模场半径。 4.写出平方率分布光纤中LP10,15模式的本征值。

阿贝折射仪测介质折射率

实验阿贝折射仪测介质折射率 折射率是透明材料的一个重要光学常数。测定透明材料折射率的方法很多，如全反射法和最小偏向角法，最小偏向角法具有测量精度高、被测折射率的大小不受限制、不需要已知折射率的标准试件而能直接测出被测材料的折射率等优点。但是，被测材料要制成棱镜，而且对棱镜的技术条件要求高，不便快速测量。全反射法具有测量方便快捷，对环境要求不高，不需要单色光源等特点。然而，因全反射法属于比较测量，故其测量准确度不高（大约Δn=3×10-4），被测材料的折射率的大小受到限制（约为1.3～1.7），且对固体材料还需制成试件。尽管如此，在一些精度要求不高的测量中，全反射法仍被广泛使用。 阿贝折射仪就是根据全反射原理制成的一种专门用于测量透明或半透明液体和固体折射率及色散率的仪器，它还可用来测量糖溶液的含糖浓度。它是石油化工、光学仪器、食品工业等有关工厂、科研机构及学校的常用仪器。 【实验目的】 1.加深对全反射原理的理解，掌握应用方法。 2.了解阿贝折射仪的结构和测量原理，熟悉其使用方法。 3.通过对葡萄糖溶液折射率的测定确定其浓度。 【实验仪器】 WAY阿贝折射仪、标准玻璃块一块，折射率液（溴代萘）一瓶，待测液（自来水，酒精，糖溶液）、滴管、脱脂棉及擦镜纸 【实验原理】 一、仪器描述 阿贝折射仪是测量物质折射率的专用仪器，它能快速而准确地测出透明、半透明液体或固体材料的折射率（测量范围一般为1.4-1.7)，它还可以与恒温、测温装置连用，测定折射率与温度的变化关系。 阿贝折射仪的光学系统由望远系统和读数系统组成，如图1所示。 望远系统。光线进入进光棱镜1与折射棱镜2之间有一微小均匀的间隙，被测液体就放在此空隙内。当光线（自然光或白炽灯）射入进光棱镜1时便在磨砂面上

椭偏法测介质膜厚度和折射率 实验报告

近代物理实验报告 指导教师： 得分： 实验时间： 2009 年 11 月 02 日， 第 十 周， 周 一 ， 第 5-8 节 实验者： 班级 材料0705 学号 200767025 姓名 童凌炜 同组者： 班级 材料0705 学号 200767007 姓名 车宏龙 实验地点： 综合楼 408 实验条件： 室内温度 ℃， 相对湿度 %， 室内气压 实验题目： 椭偏法测介质膜的厚度与折射率 实验仪器：（注明规格和型号） WJZ-II 型椭偏仪 实验目的： 1. 掌握椭偏法测量薄膜和折射率的基本原理 2. 学会使用椭偏仪测量固体表面上介质薄膜的折射率和厚度 实验原理简述： 反射型椭偏仪的原理是：用一束椭圆偏振光作为探针照射到被测样品上，由于样品对入射光中平行于入射面的电场分量（简称P 分量）和垂直与入射面的电场分量（简称S 分量）有不同的反射系数、透射系数，因此从样品上出射的光，其偏振状态相对于入射光来说要发生变化 1. 光波在介质分界面反射和透射的电磁波理论 光入射到两种均匀、各向同性的介质分界面上时，要发生反射和折射，如图（5-3-1）。反射角与入射角相等，折射角与入射角以及折射率的关系是： 2211s i n s i n ??n n = 或 1 212 222s i n c o s ??n n n -= 另外，根据麦克斯韦方程组和界面条件，可以得到菲涅耳公式：

??? ??? ? ????? ?+=-+= +-- =+-= )sin(cos sin 2)cos()sin(cos sin 2)sin()sin()tan()tan(211221211221212121??????????????????s p s p t t r r 2. 反射系数比G 定义反射系数比)] (exp[| |||s p s p s p i r r r r G δδ-= = 而通常G 往往被写成如下形式：)exp(tan ??=i G ψ 其中 || tan s p r r =ψ s p δδ-=? 根据前式，可以得到21 122112]tan )11(1[sin ???+-+??=G G n n 从式中可以看出， 如果n1是已知的， 那么在一个固定的入射角φ1下测定反射系数比G ， 则可以去顶介质2的折射率n2. 3. 光波在介质薄膜上反射和透射的电磁波理论——椭圆偏振光测量单层薄膜光学系统 如图（5-3-2）所示为“三介质二界面”模型，我们假定： 3.1薄膜两侧的介质是半无解大的，折射率分别为1n 和3 n 3.2薄膜折射率为2n ，它与两侧介质之间的界面1和界面2平行，并且都是理想的光滑斜面 3.3 三种介质都是均匀的各向同性的

实验二-透明介质折射率的测定

实验二透明介质折射率的测定 折射率是光学材料的重要参数之一，它与材料的温度、湿度、浓度等基本物理量有一定的关系，在科研和生产实际中，常通过测量折射率来获得材料的相关信息．本实验用掠入射法测定液体折射率，用光的折射法测固体折射率． ·实验目的 1．了解阿贝折射仪的工作原理，熟悉其使用方法； 2．用掠入射法测定液体的折射率； 3．用像的视高法测固体的折射率． ·实验仪器 阿贝折射仪，移测显微 镜，钠灯，玻璃砖，水、 酒精等待测液体． 阿贝折射仪是测量固 体和液体折射率的常用仪 器，测量范围为1.3～1.7，可以直接读出折射率的值，操作简便，测量比较准确，精度为0.0003．测量液体时所需样品很少，测量固体时对样品的加工要求不高． 1 8 15 1反光镜；6阿米西棱镜手轮（色散调节手轮）；7色散值刻度圈；8目镜；10棱镜锁紧手柄；11棱镜组；13温度计座；14底座；15折射率刻度调节手轮（转动棱镜）；16校正螺钉；18圆盘组；19小反光镜；20读数镜筒；21望远镜筒 14 6 7 18 19 20 21 10 11 图2-1（a）WZS-1型阿贝折射仪结构图 16 13

1.阿贝折射仪的外部结构 实验用阿贝折射仪的型号有两种：WZS-1型阿贝折射仪结构见图2-1（a ）、2WAJ 型阿贝折射仪结构见图2-1（b ）． 2.阿贝折射仪的光学系统 WZS-1型阿贝折射仪的光学系统由两部分组成：望远系统与读数系统如图2-2所示． 望远系统：光线经反射镜1反射进入照明棱镜2及折射棱镜3，待测液体放置在棱镜 2与3之间，经阿米西消色差棱镜组4抵消由于折射棱镜待测物质所产生的色散，通过物 ) (a 384 5 2 1 7) (b ' 8' 710 119 1312 图2-2 阿贝折射仪光学结构示意图 1反光镜；2棱镜座连接转轴；3遮光板；4恒温器接头；5进光棱镜座；6色散调节手轮；7色散值刻度圈；8目镜；9盖板； 10棱镜锁紧手轮； 11折射标棱镜座； 12照明刻度盘聚光镜； 13温度计座； 14底座； 15折射率刻度调节手轮；16校正螺钉； 17壳体； 16 7 2 17 15 6 14 4 10 11 8 12 9 5 1 13 3 图2-1（b ）2WAJ 型阿贝折射仪结构图

6.4 光波在介质中的传输

非均匀介质中光线的传输 4.1引言：傍轴方程 在第三章里，我们得到了在折射率为n 0=c /v 的均匀介质中传输光场的相位部分所满足的亥姆霍兹方程，其中c 为真空中光速，v 是光束在介质中的传输速度： 02 02 22 22 2=+??+ ??+ ??p p p p k z y x ????, v k 0 0ω= 4.1.1 如果把Ψp 写成 )exp(),,(),,(0z jk z y x z y x e p -=?? 4.1.2 并且假设Ψe 是z 的缓变函数，即 0/k z e e ?????? 4.1.3 就可得到Ψe 的傍轴波动方程 e t e jk z ??20 21 /?= ?? 4.1.4 其中，(?t )2 为横向拉普拉斯算子22 22y x ??+??，对方程4.1.4进行傅里叶变换得到以x ，y 为 变量的常微分方程 e y x e k k k j dz d Φ+=0 2 22) (? 4.1.5 解该方程课得到与下述方程类似的旁轴传输函数 ]2)(exp[ ),,(0 2 2k z k k j z k k H y x y x e += 4.1.6 当我们考虑光波在传播常数或者折射率是位置的函数的介质中传输时，这种折射率渐变效应是由材料本身的侧面（例如由折射率渐变光纤或介质的三阶非线性效应决定）或者三阶非线性效应导致的，傍轴方程可写成 e e t e nk j jk z ???020 21 /?-?= ?? 4.1.7 其中△n 是相对于主折射率n 0的偏离量。当传播常数或者波数是与位置（x , y , z ）有关的方程时，如光栅、光纤或者是折射率与光强有关的介质是，可以把标量波方程4.1.4进行修正得到4.1.7. 旁轴传输方程4.1.7是一个偏微分方程，不一定有解析解。但在某些特殊情况下，如△n 的空间变化率是确定的或者在非线性光学里，可以用精确的积分或者逆散射法寻找该

常见物质折射率表

常见物质折射率表 常用物体折射率表 [绝对折射率]: 光从真空射入介质发生折射时，入射角i与折射角r的正弦之比n叫做介质的“绝对折射率”，简称“折射率”。它表示光在介质中传播时，介质对光的一种特征。 [公式]:n=sin i/sin r=c/v 由于光在真空中传播的速度最大，故其他媒质的折射率都大于1。同一媒质对不同波长的光，具有不同的折射率；在对可见光为透明的媒质内，折射率常随波长的减小而增大，即红光的折射率最小，紫光的折射率最大。通常所说某物体的折射率数值多少（例如水为1.33，水晶为1.55，金刚石为2.42，玻璃按成分不同而为1.5～1.9），是指对钠黄光（波长5893×10^-10米）而言。 [相对折射率]:

光从介质1射入介质2发生折射时，入射角θ1与折射角θ2的正弦之比n21叫做介质2相对介质1的折射率，即“相对折射率”。因此，“绝对折射率”可以看作介质相对真空的折射率。它是表示在两种（各向同性）介质中光速比值的物理量。 [公式]:n21=sinθ1/sinθ2=n2/n1=v1/v2 光学介质的一个基本参量。即光在真空中的速度c与在介质中的相速v之比 真空的折射率等于1，两种介质的折射率之比称为相对折射率。例如，第一介质的折射率为n1，第二介质的折射率为n2，则n21＝n2／n1称为第二介质对第一介质的相对折射率。某介质的折射率也是该介质对真空的相对折射率。于是折射定律可写成如下形式 . n1sinθi ＝n2sinθt两种介质进行比较时，折射率较大的称光密介质，折射率较小的称光疏介质。 折射率与介质的电磁性质密切相关。根据电磁理论,εr和μr分别为介质的相对电容率和相对磁导率。折射率还与波长有关，称色散现象。手册中提供的折射率数据是对某一特定波长而言的（通常是对钠黄光，波长为5893埃）。气体折射率还与温度和压强有关。空气折射率对各种波长的光都非常接近于1，例如空气在20℃，760毫米汞高时的折射率为1.00027。在工程光学中常把空气折射率当作1，而其他介质的折射率就是对空气的相对折射率。

实验五 用掠射法测定透明介质的折射率

实验五 用掠射法测定透明介质的折射率 实验目的 １．掌握用掠射法测定液体的折射率。 ２．了解阿贝折射仪的工作原理，熟悉其使用方法。 实验仪器 分光仪，阿贝折射仪，三棱镜两块，钠灯，水、酒精等待测液体，读数小灯，毛玻璃。 实验原理 １．用掠入射法测定液体折射率 将折射率为n 的待测物质，放在已知折射率为n 1（n ＜n 1）的直角棱镜的折射面AB 上，若以单色的扩展光源照射分界面AB ，则入射 角为π/2的光线Ⅰ将掠射到AB 界面而折射进入三 棱镜内，其折射角i c 应为临界角。从图5—5—1可以看出应满足关系 1sin n n i c = 当光线Ⅰ射到AC 面，再经折射而进入空气 时，设在AC 面上的入射角为φ，折射角为?，则 有 φ?sin sin 1n = （5－5－1） 除入射光线Ⅰ外，其他光线如光线Ⅱ在AB 面上的入射角均小于π/2，因此，经三 棱镜折射最后进入空气时，都在光线Ⅰ＇的左侧。当用望远镜对准出射光方向观察时， 在视场中将看到以光线Ⅰ＇为分界线的明暗半荫视场，如图5—5—1所示。 当三棱镜的棱镜角A 大于角i c 时，由图5—5—2可以看出，A 、i c 和角φ有如下关系 φ+=c i A （5－5－2） 将（5－5－1）和（5－5－2）式消去i c 和φ。若棱镜角A 等于90度，可得 ?221sin ?=n n （5－5－3） 若棱镜角A 不等于90度，可得 ??sin cos sin sin 221???=A n A n （5－5－4） I II

因此，当直角棱镜的折射率n 1为已知时，测出?角后便可计算出待物质的折射率n 。 上述测定折射率的方法称为掠入射法，是应用全反射原理。 ２．用阿贝折射计测定透明介质的折射率 阿贝折射仪是测量固体和液体折射率的常用仪器，同时，还可测量出不同温度时的折射率。测量范围为1.3～1.7，可以 直接读出折射率的值，操作简便，测量 比较准确，精度为0.0003。测量液体时所需样品很少，测量固体时对样品的加工要求不高。 阿贝折射仪也是根据全反射原理设 计的。它有两种工作方式，即透射式和 反射式。阿贝折射仪中的折射棱镜ABC 和照明棱镜A ＇B ＇C ＇都是直角棱镜，由 重火石玻璃制成。照明棱镜的A ＇B ＇面经过磨砂，使透射式测量作漫射光源用。折射棱 镜的BC 面也经过磨砂，供反射式测量作漫反射光源用。 透射式测量光路如图5—5—3（a ）所示。将折射率为n 的待测物质放在折射率为n 1的直角棱镜的斜面上，其棱角为A ，并用光源S 照明。如果介质的折射率n ＜n 1，这时与图5—5—1相同，经棱镜ABC 两次折射后，由AC 面射出的光束，在望远镜视场中将观察到半荫视场，明暗分界线就对应于掠面入射光束，测出AC 面上相应的临界出射角?，即可应用（5－5－4）式计算出n 。 应用阿贝折射仪测定固体折射率时不用照明棱镜。对于加工有两个抛光面的固体样品，则光路可采用如图5—5—3（b ）所示的透射式测量，对于加工只有一个抛光面的固体样品。则可采用图5—5—3（c ）所示的反射式测量。 用光源S （一般为自然光）照亮折射棱镜上的磨砂面BC ，使之成为一个扩展的平面光源，从面上各点发出的光线I 、Ⅱ射抵AB 面上的E 点时，入射角均不相同。其中入射 角大于临界角i C 的，都发生在全反射后再由AC 面射出，同样，在望远镜对准Ⅰ＇观察 时，亦可看到半荫视场，只是明暗分布恰与透射光的视场分布相反，其临界出射角? 255—— 图 3 55——图 n B *

实验二透明介质折射率的测定

实验二 透明介质折射率的测定 折射率是光学材料的重要参数之一，它与材料的温度、湿度、浓度等基本物理量有一定的关系，在科研和生产实际中，常通过测量折射率来获得材料的相关信息．本实验用掠入射法测定液体折射率，用光的折射法测固体折射率． ·实验目的 1．了解阿贝折射仪的工作原理，熟悉其使用方法； 2．用掠入射法测定液体的折射率； 3．用像的视高法测固体的折射率． ·实验仪器 阿贝折射仪，移测显微镜，钠灯，玻璃砖，水、酒精等待测液体． 阿贝折射仪是测量固体和液体折射率的常用仪器，测量范围为～，可以直接读出折射率的值，操作简便，测量比较准确，精度为．测量液体时所需样品很少，测量固体时对样品的加工要求不高． 1.阿贝折射仪的外部结构 1 8 15 1反光镜；6阿米西棱镜手轮（色散调节手轮）；7色散值刻度圈； 8目镜；10棱镜锁紧手柄；11棱镜组；13温度计座；14底座；15折射率刻度调节手轮（转动棱镜）；16校正螺钉；18圆盘组；19小反光镜；20读数镜筒；21望远镜筒 14 6 7 18 19 20 21 10 11 图2-1（a ）WZS-1型阿贝折射仪结构图 16

实验用阿贝折射仪的型号有两种：WZS-1型阿贝折射仪结构见图2-1（a ）、2WAJ 型阿贝折射仪结构见图2-1（b ）． 2.阿贝折射仪的光学系统 WZS-1型阿贝折射仪的光学系统由两部分组成：望远系统与读数系统如图2-2所示． 望远系统：光线经反射镜1反射进入照明棱镜2及折射棱镜3，待测液体放置在棱镜 2与3之间，经阿米西消色差棱镜组4抵消由于折射棱镜待测物质所产生的色散，通过物 镜5将明暗分界线成像于分划 38 4 5 2 1 7' 8' 710 119 1312 1反光镜；2棱镜座连接转轴；3遮光板；4恒温器接头；5进光棱镜座； 6色散调节手轮；7色散值刻度圈；8目镜；9盖板； 10棱镜锁紧手轮； 11折射标棱镜座； 12照明刻度盘聚光镜； 13温度计座； 14底座； 15折射率刻度调节手轮；16校正螺钉； 17壳体； 16 7 2 17 15 6 14 4 10 11 8 12 9 5 1 13 3 图2-1（b ）2WAJ 型阿贝折射仪结构图

常用折射率表

[绝对折射率]: 光从真空射入介质发生折射时，入射角i与折射角r的正弦之比n叫做介质的“绝对折射率”，简称“折射率”。它表示光在介质中传播时，介质对光的一种特征。 [公式]:n=sin i/sin r=c/v 由于光在真空中传播的速度最大，故其他媒质的折射率都大于1。同一媒质对不同波长的光，具有不同的折射率；在对可见光为透明的媒质内，折射率常随波长的减小而增大，即红光的折射率最小，紫光的折射率最大。通常所说某物体的折射率数值多少（例如水为1.33，水晶为1.55，金刚石为2.42，玻璃按成分不同而为1.5～1.9），是指对钠黄光（波长5893×10^-10米）而言。 [相对折射率]: 光从介质1射入介质2发生折射时，入射角θ1与折射角θ2的正弦之比n21叫做介质2相对介质1的折射率，即“相对折射率”。因此，“绝对折射率”可以看作介质相对真空的折射率。它是表示在两种（各向同性）介质中光速比值的物理量。 [公式]:n21=sinθ1/sinθ2=n2/n1=v1/v2 光学介质的一个基本参量。即光在真空中的速度c与在介质中的相速v之比 真空的折射率等于1，两种介质的折射率之比称为相对折射率。例如，第一介质的折射率为n1，第二介质的折射率为n2，则n21＝n2／n1称为第二介质对第一介质的相对折射率。某介质的折射率也是该介质对真空的相对折射率。于是折射定律可写成如下形式. n1sinθi＝n2sinθt两种介质进行比较时，折射率较大的称光密介质，折射率较小的称光疏介质。 折射率与介质的电磁性质密切相关。根据电磁理论,εr和μr分别为介质的相对电容率和相对磁导率。折射率还与波长有关，称色散现象。手册中提供的折射率数据是对某一特定波长而言的（通常是对钠黄光，波长为5893埃）。气体折射率还与温度和压强有关。空气折射率对各种波长的光都非常接近于1，例如空气在20℃，760毫米汞高时的折射率为1.00027。在工程光学中常把空气折射率当作1，而其他介质的折射率就是对空气的相对折射率。 介质的折射率通常由实验测定，有多种测量方法。对固体介质，常用最小偏向角法或自准直法；液体介质常用临界角法（阿贝折射仪）；气体介质则用精密度更高的干涉法（瑞利干涉仪）。 常用物体折射率表 空气 1.0003 玻璃，锌冠 1.517 氯化钠（盐）2 1.644 液体二氧化碳 1.200 玻璃，冠 1.520 重火石玻璃 1.650 冰 1.309 氯化钠 1.530 二碘甲烷 1.740 水(20度) 1.333 氯化钠（盐）1 1.544 红宝石 1.770 丙酮 1.360 聚苯乙烯 1.550 兰宝石 1.770 普通酒精 1.360 石英 2 1.553 特重火石玻璃 1.890 30% 的糖溶液 1.380 翡翠 1.570 水晶 2.000 酒精 1.329 轻火石玻璃 1.575 钻石 2.417 面粉 1.434 天青石 1.610 氧化铬 2.705 溶化的石英 1.460 黄晶 1.610 氧化铜 2.705 Calspar2 1.486 二硫化碳 1.630 非晶硒 2.920 80% 的糖溶液 1.490 石英 1 1.644 碘晶体 3.340 玻璃 1.500 常用晶体及光学玻璃折射率表 物质名称分子式或符号折射率重冕玻璃ZK6 1.61263 熔凝石英SiO2 1.45843 重冕玻璃ZK8 1.61400 氯化钠NaCl 1.54427 钡冕玻璃BaK2 1.53988

近五年内梯度折射率材料及器件的应用于发展

近五年内梯度折射率光学材料及器件的应用的主要进展 水悦 (安徽大学物理与材料科学学院，安徽合肥 230039) 摘要：介绍几种主要的梯度折射率光学材料和常见的光学器件，论述了梯度折射率器件的应用现状和发展前景。 关键词：梯度折射率材料；梯度折射率器件；应用 前言 梯度折射率介质又称为非均匀介质、变折射率介质或者渐变折射率介质, 指一种折射率不是常数, 而是按一定规律变化的介质, 因此, 英文称作Gradient Index(Grin) 。梯度折射率光学是近40年才发展起来的一门新兴学科。但在自然界中, 早在公元100 年, 人们就己观察到“海市蜃楼”奇景, 它就是由于大气层折射率的局部变化对地面景色产生折射而出现的一种奇观。事实上,不仅大气层,海水、生物眼(较低级的不包括)的折射率也是非均匀的, 人类眼睛晶状体就是梯度折射率变化的,折射率差约为0.015- 0.049,这种梯度变化的材料和晶状体表面的非球面都极有利于像差的校正。通过对这些自然现象的观察、研究,人们逐渐领悟到材料折射率的非均匀性可以导致一些均匀介质所不具有的光学性能。 本文介绍了梯度折射率材料的形成原理，综述了梯度折射率材料的研究进展，梯度折射率材料的发展前景。 1 梯度折射率材料简介及梯度形成原因 梯度折射率光学材料的出现，至今大约有100多年了。早在1854年，J.C.Maxwell就描述了光在梯度折射率介质中传播的表征方程，并提出了现在人们所知道的Maxwell鱼眼透镜；到1899年，R.W.Wood做了光以正弦轨迹在梯度折射率材料中传播的演示；1905年Wood的教科书“物理光学”上就有光通过一梯度折射率槽，显示正弦传播的照片底板。但是只是在近20年来，由于梯度折射率光学材料在复印机和传真机成像阵列以及光纤耦合器等方面的大量应用，才大大地驱动了他从材料制造、相差理论、光学设计应用开发等方面的快速发展。首先是美国罗切斯特大学D.T.Moore教授在设计方法和理论研究方面做了大量工作。在梯度折射率材料和透镜制造方面主要是日本板玻璃公司（Nippon sheet Glass,NSG），在1992年由该公司J.Kitano等人采用离子交换法制成径向梯度折射率材料，后来又研制了齐明透镜，正如人们普遍了解的自聚焦透镜（Selfoc rod lenses）。中科院西安光机所于1975年率先在国内研制成功了梯度折射率材料，相继20多年来得到了很大的发展。其中，安徽大学物理系在1988年至1996年对于球对称折射率光学器件的研究纠正了国际学术界长期认为麦克斯韦“鱼眼”球透镜不能用于成像和耦合的误解。所提出的改进模型及其复合结构不仅焦距短、像差小、耦合效率高、性能优良，且N低，易于制作，对于微小光学器件具有重要应用价值。该研究在国际上率先提出使用不同浓度混合融盐进行多阶段离子交换的方法，解决了制作高质量球对称梯度折射率球形透镜、精确控制GRIN

阿贝折射仪介质折射率

阿贝折射仪测介质折射率 折射率是透明材料的一个重要光学常数。测定透明材料折射率的方法很多，如全反射法和最小偏向角法，最小偏向角法具有测量精度高、被测折射率的大小不受限制、不需要已知折射率的标准试件而能直接测出被测材料的折射率等优点。但是，被测材料要制成棱镜，而且对棱镜的技术条件要求高，不便快速测量。全反射法具有测量方便快捷，对环境要求不高，不需要单色光源等特点。然而，因全反射法属于比较测量，故其测量准确度不高（大约Δn=3 ×10-4），被测材料的折射率的大小受到限制（约为1.3～1.7），且对固体材料还需制成试件。尽管如此，在一些精度要求不高的测量中，全反射法仍被广泛使用。 阿贝折射仪就是根据全反射原理制成的一种专门用于测量透明或半透明液体和固体折射率及色散率的仪器，它还可用来测量糖溶液的含糖浓度。它是石油化工、光学仪器、食品工业等有关工厂、科研机构及学校的常用仪器。 【实验目的】 1.加深对全反射原理的理解，掌握应用方法。 2.了解阿贝折射仪的结构和测量原理，熟悉其使用方法。 3.通过对糖溶液折射率的测定确定其锤度。 【实验仪器】 WAY阿贝折射仪、待测液（蒸馏水，无水乙醇，糖溶液）、滴管、脱脂棉 【实验原理】 一、仪器描述 阿贝折射仪是测量物质折射率的专用仪器，它能快速而准确地测出透明、半透明液体或固体材料的折射率（测量范围一般为1.4-1.7)，它还可以与恒温、测温装置连用，测定折射率与温度的变化关系。 阿贝折射仪的光学系统由望远系统和读数系统组成，如图1所示。 望远系统。光线进入进光棱镜1与折射棱镜2之间有一微小均匀的间隙，被测液体就放在此空隙内。当光线（太阳光或日光灯）射入进光棱镜1时便在磨砂面上产生漫反射，使被测液层内有各种不同角度的入射光，经折射棱镜2产生一束折射角均大于出射角度i的光线。由摆动反射镜3将此束光线射入消色散棱镜组4，此消色散棱镜组是由一对等色散阿米西棱镜组成，其作用是可获得一可变色散来抵消由于折射棱镜对不同被测物体所产生的色散。再由望远镜5将此明暗分界线成像于分划板 7上，分划板上有十字分划线，通过目镜8能看到如图2上部分所示的象。 读数系统。光线经聚光镜12照明刻度板11（刻度板与摆动反射镜3连成一体 ．．．．同时绕刻度中心作回转运动）。通过反射镜10，读数物镜9，平行棱镜6将刻度板上不同部位折射率示值成象于分划板7上(见图2)

常用介质折射率测量方法的实验分析

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/1c18171289.html, 常用介质折射率测量方法的实验分析 作者：魏连甲 来源：《中国科技博览》2016年第19期 [摘要]介质折射率的精确测量不仅在物理基础实验研究中具有重要作用，而且在材料科学、物质检测、食品检验等领域也具有重要意义。利用最小偏向角法、掠入射法和迈克尔逊干涉仪对介质的折射率进行了测定，通过对三种不同的测量方法实验数据的计算和分析，找出精确测量透明介质折射率的实验方法。 [关键词]折射率迈克尔逊干涉仪介质 中图分类号：TN25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0102-01 1序论 折射率是一种表征介质光学性质的物理量，因此折射率的测定是几何光学中最重要的问题。折射率是用来表征介质材料光学性质的一种重要参数，在生产和科研部门中，往往需要测定物体的折射率。在现实生活中，折射率这个物理量的准确测量是解决实际生产生活中存在的许多问题的重要出发点。 人类的科学研究是在不断前进的，人们发现测定物质的折射率越来越成为一项重要的物理实验，物质折射率测定的方法的好坏直接影响着测量的精度、准确度，于是找到一种既简单又便于操作同时精度高的实验方法成为人们追求的一种趋势。本文即对已知的三种测定物质折射率的方法进行仔细研究分析，总结概括，以期得到对不同介质的理想测量方法。 2 实验原理 2.1 最小偏向角法 单色光经过等边三棱镜两次折射后，用分光计测量其最小偏向角，利用式（1）计算出棱镜材料的折射率[1] （1） 其中棱镜顶角，为偏转角。 2.2 掠入射法 单色光从未知透明介质掠射三棱镜，再由三棱镜另一面折射，通过测量折射光线的出射角，利用式（2）计算出未知透明介质的折射率[2]

变折射率介质中光线追迹通用算法的研究

第25卷　第5期 2005年5月 光　学　学　报ACTA OP TICA SIN ICA Vol.25,No.5 May ,2005文章编号:025322239(2005)05258924 变折射率介质中光线追迹通用算法的研究3 黄战华　程红飞　蔡怀宇　赵海山　张尹馨 (天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300072) 摘要:　基于几何光学的光线折射和反射原理提出了变折射率介质中的光线追迹算法,给出了在光线追迹过程中进行递推的反射光线和折射光线的方向余弦方程;解决了空间中法线的确定和光线回转等问题。最后通过对多种不同的存在解析解的特殊折射率分布的数值解值和解析解值的比较,验证了算法的正确性,并且讨论了应用算法时应该注意的问题和算法中还有待解决的问题。该算法不但具有广泛的适用性,基本不受折射率分布的制约,而且其数值解精度达10-5。该算法在变折射率介质的光学设计和空间成像补偿等方面有着广阔的应用前景。关键词:　几何光学;折射率;通用算法;光线追迹;方向余弦中图分类号:O435.1 文献标识码:A 　3国家自然科学基金(60377001)资助课题。 作者简介:黄战华(1965～),男,天津大学教授,主要从事光学图像处理和模式识别、光电技术等方面的研究。 E 2mail :zhanhua @https://www.wendangku.net/doc/1c18171289.html, 收稿日期:2004208219;收到修改稿日期:2004211209 A S t u dy o n U ni ve rs al R a y Tr aci n g Al go ri t h m i n t he Medi u m of V a ri a ble Ref r act i ve I n dex Huang Zhanhua Cheng Hongfei Cai Huaiyu Zhao Hais han Zhang Y inxin Key L abor ator y of Op toelect ronic I nf or m ation Tech nological Science ,Mi nist r y of Ed uca tion ,College of Precision I nst r u men t a n d Op toelect ronic Engi neeri ng ,Ti a nji n U niversit y ,Ti a nji n 300072 Abs t r act :　An algorithm of ray tracing based on light ray ref raction and reflection in geomet rical optics in the medi 2um of variable ref ractive index is p roposed and a recursive direction 2cosine equation of reflected light and ref ractive light for ray t racing in the medium of variable ref ractive index is carried out ,In the algorithm ,some p roblems ,con 2firmation of normal line ,light turning etc.,are resolved.At last its correct ness is validated by comparing numerical value and analytic value of several different special dist ribution of ref ractive index of analytic solution ,f urthermore some p roblems in the during of applying the algorithm and under solution in the algorithm are discussed.Not only the algorithm has extensive feasibility and is independent of dist ribution of ref ractive index ,but also its numeric p recision is about 10-5.The application of the algorithm is p rospective in the many cases ,such as optical designing and spatial imaging compensation of variable ref ractive index. Key w or ds :　geomet rical optics ;ref ractive index ;universal algorithm ;ray t racing ;direction cosine 1　引 言 均匀折射率介质中的光线追迹是光学设计计算 的主要手段。对于变折射率介质中的光线追迹研究才开始起步[1,2]。主要方法是先简化光线方程,再用数值方法求解。但是这种方法的适用范围狭窄。本文提出了一种光线追迹算法。该算法从几何光学的基本原理———折射和反射规律出发,导出光线的空间折射和反射方程,由此得到空间中光线的轨迹。该算法不受折射率分布的制约,对各种分布均能得到满意的数值解。可以应用在变折射率介质的光学系统设 计上,也可以应用在变折射率空间成像补偿上。由于摄像距离、温度分布和大气成分的变化,空气不再均匀时,会导致成像质量下降。这时可通过本算法计算得到物点和像点的对应关系进行图像补偿。 2　算法描述 一束光线在均匀折射率的介质中是沿直线传播的,但在变折射率介质中将沿曲线传播。将变折射率介质分成很多小段,并且认为光线仅在各小段的边界

大学物理实验设计性实验液体折射率测定

评分：大学物理实验设计性实验实验报告 实验题目：液体折射率测定 班级： 姓名：学号： 指导教师：

《液体的折射率测定》实验提要 实验课题及任务 《液体的折射率测定》实验课题任务方案一：光从一种介质进入另一种介质时会发生折射现象，当入射击角为某一极值（掠射）时，会产生一特殊的光学现象，能同时看到有折射光和无折射光的现象，就可以实现液体折射率的测量。 学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《液体的折射率测定》的整体方案，内容包括：（写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤)，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。 设计要求 ⑴通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解 仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。 ⑵选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。 ⑶测量5组数据，。 ⑷应该用什么方法处理数据，说明原因。 ⑸实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。 实验仪器 分光仪、钠光灯、毛玻璃与待测液体 实验提示 掠入射法测介质折射率的原理如图示3-1所示。将待测介质加工成三棱镜，用扩展光源（用钠光灯照光的大毛玻璃）照明该棱镜的折射面AB，用望远镜对棱镜的另一个折射面AC进行观测。在AB界面上图中光线a、b、c的入射角依次增大，而c光线 i。在棱镜中再也不可能有折射角为掠入线（入射角为 90），对应的折射角为临界角 c i的光线。在AC界面上，出射光a、b、c的出射角依次减小，以c光线的出射角大于 c 'i为最小。因此，用望远镜看到的视场是半明半暗的，中间有明显的明暗分界线。证

分光计测透明介质的折射率

分光计测透明介质的折射率 一、实验原理与方法 １．测量三棱镜的顶角 三棱镜由两个光学面AB 和AC 及一个毛玻璃面BC 构成。三棱镜的顶角是指AB 与AC 的夹角α，如图5—3—1所示。自准值法就是用自准值望远镜光轴与AB 面垂直，使三棱镜AB 面反射回来的小十字像位于准线mn 中央，由分光仪的度盘和游标盘读出这时望远镜光轴相对于某一个方位' oo 的角位置1θ；再把望远镜转到与三棱镜的 AC 面垂直，由分光仪度盘和游标盘读 出这时望远镜光轴相对于' oo 的方位角2θ，于是望远镜光轴转过的角度为 12θθ?-=，三棱镜顶角为 ?α-?=180 由于分光仪在制造上的原因，主轴可能不在分度盘的圆心上，可能略偏离分度盘圆心。因此望远镜绕过的真实角度与分度盘上反映出来的角度有偏差，这种误差叫偏心差，是一种系统误差。为了消除这种系统误差，分光仪分度盘上设置了相隔?180的两个读数窗口（A 、B 窗口），而望远镜的方位θ由两个读数窗口读数的平均值来决定，而不是由一个窗口来读出，即 2)(111B A θθθ+=，2 )(222B A θθθ+= 于是，望远镜光轴转过的角度为应该是 2 121212B B A A θθθθθθ?-+-=-= 2 1801212B B A A θθθθα-+-- ?= ２．用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率 如图5—3—2所示，在三棱镜中，入射光线与出射光线之间的夹角δ的称为棱镜的偏向角，这个偏向角δ与光线的入射角有关 32i i +=α ()()()αδ-+=-+-=413421i i i i i i θ1 θ2 φ 望远镜 望远镜 三棱镜 A B C O ' O 准直法测三棱镜顶角

常用物质折射率表

常用物质折射率表 折射率 光学介质的一个基本参量。即光在真空中的速度c与在介质中的相速v之比 真空的折射率等于1，两种介质的折射率之比称为相对折射率。例如，第一介质的折射率为n1，第二介质的折射率为n2，则n21＝n2／n1称为第二介质对第一介质的相对折射率。某介质的折射率也是该介质对真空的相对折射率。于是折射定律可写成如下形式 n1sinθi＝n2sinθt两种介质进行比较时，折射率较大的称光密介质，折射率较小的称光疏介质。 折射率与介质的电磁性质密切相关。根据电磁理论，，εr和μr分别为介质的相对电容率和相对磁导率。折射率还与波长有关，称色散现象。手册中提供的折射率数据是对某一特定波长而言的（通常是对钠黄光，波长为5893埃）。气体折射率还与温度和压强有关。空气折射率对各种波长的光都非常接近于1，例如空气在20℃，760毫米汞高时的折射率为1.00027。在工程光学中常把空气折射率当作1，而其他介质的折射率就是对空气的相对折射率。介质的折射率通常由实验测定，有多种测量方法。对固体介质，常用最小偏向角法或自准直法；液体介质常用临界角法（阿贝折射仪）；气体介质则用精密度更高的干涉法（瑞利干涉仪）。 常用物体折射率表 常用物体折射率表常用物体折射率表 材质IOR 值 空气 1.0003 液体二氧化碳 1.200 冰 1.309 水(20度) 1.333 丙酮 1.360 普通酒精 1.360 30% 的糖溶液 1.380 酒精 1.329 面粉 1.434 溶化的石英 1.460 Calspar2 1.486 80% 的糖溶液 1.490 玻璃 1.500 玻璃，锌冠 1.517 玻璃，冠 1.520 氯化钠 1.530 氯化钠（盐）1 1.544 聚苯乙烯 1.550 石英 2 1.553 翡翠 1.570 轻火石玻璃 1.575 天青石 1.610 黄晶 1.610 二硫化碳 1.630 石英 1 1.644 氯化钠（盐）2 1.644 重火石玻璃 1.650