布儒斯特角

布儒斯特角（Brewster's Angle ）

项目介绍：

二极管激光在半圆形丙烯酸棱镜平面被反射，反射光经过一个偏振片后由光传感器探测。安装在分光光度计刻度盘上的转动传感器测量反射角度，不同反射角时的反射偏振光光强曲线能够确定反射强度最小时对应的角度，即布儒斯特角，通过此角度可以计算出丙烯酸的折射率。

。本次实验目的：

1. 观察光在介质表面反射时的起偏现象

2. 测量布儒斯特角

实验仪器

理论基础：

当非偏振光（自然光）在两种各向同性介质分界面上反射、折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中与入射平面垂直的振动多于与其平行的振动，折射光中与入射平面平行的振动多于与其垂直的振动。在某一特殊入射角（即布儒斯特角）时，反射光中垂直于入射平面的偏振分量为零，即反射光变为完全偏振光（线偏振光），此时入射光线与反射光线之间的夹角为90°。

根据Snell 定律，

2211sin sin Θ=Θn n (1)

其中 n 表示反射介质的折射率， Θ 表示光线与法线的夹角。

当入射角等于布儒斯特角 ΘP 时

221sin sin Θ=Θn n P

(2)

因为 ΘP + Θ2 = 90o , Θ2 = 90o - ΘP , 则

P P o P o P o Θ=Θ-Θ=Θ-=Θcos sin 90cos cos 90sin )90sin(sin 2 将（2）式中的sin Θ2替换，得到

P P n n Θ=Θcos sin 21

因此：

P n n Θ=t a n 12 . (3)

1:

装：

1. 在分光光度计刻

度支座。在导轨

上放置二极管

激光器、两个偏

振片以及准直

狭缝，如图2所示。 转动传感器的大直径转盘与分光光度计相连(如图3)。

2. 将分光光度计刻度盘的倒转，使得其180°刻线

与0刻度线对齐。

3. 两个圆形偏振片置于支座上。将第二个（从激光

器开始）偏振片旋转45度角，并用黄铜螺钉固

定。第一个（靠近激光器）偏振片在整个实验过

程中用来调节激光水平度。因为要测反射光与入

射光之比，则当入射光水平度保持在50%以上的

得到的数据较好。

4. 方形检偏器（如图4所示）已经标明其偏振化方

向，使用时指示标应在上面，即偏振化方向为水

平，正好与反射光的偏振化方向成90°夹角。

这样可以检验反射光中“P ”（即水平）偏振量

的变化，从而确定布儒斯特角，并计算出反射煤

质的折射率。当将检偏器的偏振化方向垂直放置

时，同样可以检测反射光中“s ”（即垂直）偏

振分量的变化。 5. 当入射激光束已经为偏振光时，45度偏振片可以解决问题。线偏振光与偏振片偏振化方向间的夹角为45度时，s 偏振和P 偏振分量强

度相等。

6. 布儒斯特角装置基座的小金属盘必须锁紧并且

指向零刻度，此时其上的单词“ANGLE ”中的

字母“N ”对准分光光度计刻度盘的零刻度。

7. 塑料基座具有两个刻线。对于反射光，使用侧

面较高台阶上的刻线。当采集数据时，D 形棱

镜置于较低台阶上。另一刻线则用于记录折射

光，例如Snell 定律.

8. 为了准直激光束，首先移去偏振片、准直狭缝以及D 形棱镜。将分光光度计置于180度。使

用x-y 调节旋钮使得激光束穿过光传感器狭缝的中心。光传感器必须使用4号狭缝。将狭缝置于导轨上，调节其位置使得激光束通过4号狭缝。.

9. 将转动传感器插头插入科学工作站500接口的1和2通道。将光传感器插头插入500接口A 通道。打开名为Brewsters 的DataStudio 文件。

操作步骤

1. 移除D 形棱镜，将转动传感器角度归零：旋转分光光度计支撑臂，使得激光束打到光传感器狭缝的中心。分光光度计刻度盘应该在180度附近，可以有很小的偏差。点击“启

动”并左右挪动支撑臂，观察电脑测量的强度变化，并将支撑臂停止在最大光强处。点图 3: 大直径转盘

图4: 方形检偏器

击“停止”，此后只有再次运行测量数据，才能旋转支撑臂。这可以保证转动传感器零刻度与激光光束中心对应。将D形棱镜放到台阶上。

关于角度测量的注意事项：计算角度是用测量角度（电脑记录）除以2得到的。最好的步骤是：移动分光光度计支撑臂，记录数字仪表上的角度，然后旋转塑料布儒斯特盘使得反射光对准接收狭缝。因此，布儒斯特盘的刻线是为了方便读数（这个实验中）而不是直接用来读数的。但是，为了使激光束真正的对准狭缝，必须监视数字仪表精确调节，直至找到光强最大的位置。，这一步可以通过调整布儒斯特盘也可以通过调整分光光度计实现。

2. 关闭室内所有的灯。点击“启动”，直至所有的操作步骤完成后再点击“停止”。将角

度置于85度。移去方形检偏器。旋转布儒斯特盘至85度，同时监测光强的数字显示表，精细调节最后使得光束完全进入狭缝。旋转第一个偏振片，调节其水平度使其尽量高又不超过90%。光传感器增益设为1或10。

3. 将角度输入表格。从光强的数字显示表读数，记录到“全部强度”一列。在接收狭缝前

放置方形检偏器（偏振化方向水平放置）(注意：方形检偏器一定要水平的放置在支撑臂上)。然后记录光强读数至“偏振光强”一列。每次输完数据后必须点击回车。检查数据是否已经画在了图上。

4.移去检偏器，角度增大5度，接着测量数据。因为图上的数据实时改变，你就可以得到

光强最小时的角度。在最小值附近，每改变1度测量一个数据。当强度低于2%时，需要将光传感器的增益调至10，但是注意要将测得的数据再除以10。

5. 点击“拟合”，选择多项式拟合，找到光强最小时对应的角度，即布儒斯特角。

物理学史