固体物理课程论文设计

Huzhou University

《半导体物理》课程论文

题目：_固体透明介质折射率测量方法综述_ 学院：_理学院_

专业：_光电信息科学与工程_

班级：_20142732_

学号：_2014273242_

：_朱琳_

2015-2016-II

师学院理学院本科生课程论文（文献综述）

对光密介质底部一物体A 来说，它发出的光线经界面而折射，由于空气是光疏介质，因而折射线远离法线，即折射角γ大于入射角i 。我们自空气中看去，物体好象升高到B 的位置，如图所示。在i 和γ很小时，由△DCA 及△DCB 可得：

C

A D C tgi i =

≈sin

C

B D

C tg =

≈γγsin

代入上面公式可得出空气对介质的相对折射率，

C

A C

B i n ==

γsin sin 21

式中AC 为固体（或液体）的厚度，BC 为固体（或液体）的视厚度，它们的值可用显微镜测出来。因介质对空气的折射率n 为21n 的倒数，故可得

C

B C A n =

物质的折射率随光波波长而改变（此现象叫色散）。因此，实验时应当用单色光来进行测量。

通常用对钠黄光nm 3.589=λ

的折射率来标明介质的特性。大多数液体的折射率随温度的改

变而变化很大，因此，测液体的折射率不仅要标明波长，而且还要标明温度。

2、正文

2.1、用V 形棱镜法测量光学玻璃的折射率

图1.1.1是用V 形棱镜法测量光学玻璃折射率的测量原理图，所谓V 形棱镜是二块光学玻璃完全相同并且已知其折射率为0n 的直角棱镜胶合成的一个带有“V ”形缺口的长主棱镜。V 形缺口的角∠AED=90º；两个尖角为∠BAE=∠CDE=45º。

被测玻璃样品P 磨出两个互成90º的平面，把它放在V 形镜的V 形缺口。由于加工的误差，V 形缺口的角和样品的角度都不可能是正确的90º，所以样品的两个面和V 形缺口的两个面就不能正好贴合，需要在中间加上一些折射率和被测样品折射率相接近的液体，使两者很好的接触。这种具有一定折射率的液体称为折射液，也称浸液。

一条光线沿S 的方向垂直入射在V 棱镜的AB 面上，然后通过V 棱镜和样品，如果样品的折射率n 和已知的V 棱镜折射率0n 完全相等，则整个V 棱镜加上样品P 就像一块平行平板玻璃

一样，此时光线经过样品P 和V 形缺口相接触的两个面上不发生光线的偏折，最后出射光线也将不发生任何偏折。如果样品的折射率n 和V 棱镜材料的折射率0n 不相同时，则光线在两者相接触的面上发生折射，最后出射光线相对于入射光线要产生一个偏折角θ。很明显θ角的大小与样品的折射率n 和已知的V 棱镜材料的折射率0n 有关，用V 形棱镜法测量光学玻璃的折射率就是利用了这个关系，通过测量出偏折角θ，然后根据一定的关系计算出样品的折射率n 的。 下面利用图1.1.1来推导偏折角θ和样品折射率n 之间的关系式，

图1.1.1中是假定了样品折射率

n 大于V 形棱镜材料的折射率0n 的情况，即n >0n 对四个折射

面应用折射定律：

在

AB

面

上

： 0sin sin n θθ

=

(1.1.1)

在AE 面上： 0sin

sin()44

n n π

π

ω=- (1.1.2)

在ED 面上： 0sin(

)sin()44

n n π

π

ωφ+=+ (1.1.3) 在DC 面上： 0sin sin n φθ= (1.1.4)

其中，ω是光线在AE 界面上的折射方向和最初入射光线方向的夹角。φ是光线ED 界面上的折射率方向和最初入射光线方向的夹角。

从上面四组方程中可以看出只要设法消去ω和φ角，就能找出θ和n 的关系来，而V 形棱镜材料的折射率0n 是已知的。

由1.1.2式得：

()022.

sin cos cos sin cos sin 2442

n n n ππωωωω⎛⎫

=-=- ⎪⎝⎭ ∴ ()0cos sin n n ωω-= ( 1.1.5) 由（1—3）式得：

图1.1.1V 形棱镜法测量光学玻璃折射率原理图