实验10固体介质折射率的测定.docx

实验10 固体介质折射率的测定 【实验目的】 1、了解偏振光基本知识； 2、测量激光源的偏振度，确定偏振片的偏振方向； 3、用布儒斯特定律测定玻璃的折射率。 4、用最小偏向角法测量棱镜材料的折射率。 【实验原理】 1、线偏振光 用于产生线偏振光的元件叫起偏器，用于鉴别偏振光的元件叫检偏器，二者可通用，仅是放在光路前后不同位置而已。 偏振片产生线偏振光的原因：某些晶体（如硫酸碘奎宁和电气石等）对互相垂直的两个分振动具有选择吸收的性能，只允许一个方向的光振动通过，于是透射光变为线偏振光。 偏振度的定义：，线偏振光，自然光，部分偏振光。 2、布儒斯特定律 当自然光入射到折射率分别为 1和2的两种介质的分界面上时，反射光和折射光分别都是部分偏振光，当入射角改变时，反射光和折射光的偏振程度也随之改变。 当入射角满足:时，反射光就成为线偏振光，其振动面垂直于入射面，即只剩光，光消失。本实验采用光入射，当入射角等于布儒斯特角时，反射光强度为0。利用这种“零值法”可以测出玻璃介质的折射率。 3、用最小偏向角法测量棱镜材料的折射率 当一束光斜入射于棱镜表面时，其光路如下图： 图1棱镜折射率测量 根据光的折射定律其偏转角 为： （ n为材料的折射率） （1） 同理出射角 为： 根据几何关系可以证明人射光与出射光之间的夹角为： ，而且 有一个极小值，可以证明： 当光束偏转角为 时，有 ， ； 此时，即 ； 而 ， 有 ； 带入（1)式可得： n=sin[(A十min)／2]／sin(A／2) （2） 因此，只要我们测量出，就可得到材料相对于该测量光的折射率 n。 【实验仪器】 光学导轨、半导体激光器及电源、偏振片、精密双向旋转台、标准K9石英三棱镜（折射率1.51）、待测亚克力三棱镜和玻璃砖样品、光功率计等。 图2 激光器的偏振度测试实验 【实验步骤】 1．测量半导体激光器的偏振度 转动偏振片，读出光功率计的最大值和最小值，算出偏振度： 2．用布儒斯特定律测定待测样品的折射率 2.1、确定偏振片的偏振轴方向（注意：由于半导体激光器自身存在偏振特性，偏振片转盘上的角度0读数位置不一定是偏振轴所指方向，需要学生自己标定）。标定方法如下： （1）在半导体激光器后面放上一块偏振片，把折射率为1.51的标准K9石英玻璃样品放在双向水平转台上并固定好，注意使水平转台的中心轴线处于玻璃的反射面（上表面）内，保证从水平转台准确读出入射角和反射角。光功率探头装在转台的旋转臂上，接收反射光。 （2）连接激光器电源，调整激光头前的聚焦螺母使激光束为一小亮点（一般出厂时已调好）。调节激光器架，使激光光束、偏振片中心、水平转台的中心轴线、光功率计探头接收口等高共轴。（光路调节非常重要，是保证入射角和反射角准确测量的前提） （3）转动水平转台，使玻璃片的反射光与入射光重合，读出此时水平转台的角度；然后转动水平转台，使激光的入射角为标准K9石英玻璃样品（折射率为1.51）的布儒斯特角；可用白纸片检测光斑位置，也可用转动旋转臂，将反射光射到光功率计探头的中心位置。（注意：转动偏振片过程中可能会出现四个极小值，只能取其中最小的两个，另外两个是由于半导体激光器发出的是部分偏振光造成的。） 图3 偏振片的偏振方向标定测试图 2.2、测量亚克力或玻璃砖样品的折射率 在步骤2.1的基础上，取下K9石英玻璃标准样品，将待测亚克力样品或玻璃砖放置在水平转台上，放置于调节方法与步骤2.1一致（注意保持偏振片角度不变，确保P光入射），测量不同入射角下的反射光强（实验光路与图3一样）。光强最小的位置即布儒斯特角的位置。由此角度算出该玻璃的折射率。（激光功率计接收的光强包含激光器光强以及环境光强，需要扣除，由于测试的光强较小，最好在在暗室或者有窗帘的实验室开展实验） 3、用最小偏向角法测量棱镜材料的折射率 （1）按下图5摆放实验装置，连接激光器与激光电源，光功率计探头与激光功率计。 （2）打开激光电源，点亮半导体激光器并开启激光功率计。 （3）仔细调整棱镜的摆放位置和激光束的方向，使激光光束的一半打在棱镜顶端进入棱镜，另一半从空气中穿过。转动光学转台，观察末进入棱镜的半个光斑的变化，调整棱镜的位置，使直射部分光斑大小的变化尽量小。在转动光学转台的过程中，从棱镜中出射的光斑的偏转角会发生变化，找到偏转角最小的位置。通过光功率计探头，找到两个光斑中功率最大的位置，通过转台上的刻度，读出两者之间的夹角。