测量透明介质的折射率

用微安表表示(电流值未经标定，不可作为计量标准)。光电流放大器放大倍率为×l、×5、 ×10、×100 四挡，两个放大器装在同一盒内，由同一电源供电。 注意 光电流放大器的最大光电流（×l 挡）是设定在两偏振器处于同一偏振方向，若 光路中无偏振器将会溢出! 光具座主体为 360 0 分度盘，有 3 个底角螺钉调整其铅直度。度盘最小分度值为 0.50 ， 可借助游标读出。两长度为 495mm 的动臂 1 和动臂 2 可分别绕分度盘垂直轴旋转，最小 夹角约为10 。动臂的角度可由分度盘上方的指针或游标读出。仪器配有 360 分度盘镜座 和 4 分度盘镜座，镜座内层均可绕轴线旋转，旋转角度可由度盘读出。分度盘中心平台也 称样品台,供放置样品。调节平台下 3 个螺钉，可使样品平面与光束垂直。 可用动臂 1 锁定螺钉，将其锁定在底座上，同样，可用动臂 2“锁定螺钉将其锁定在 底座上。分度盘锁定螺钉将使分度盘与动臂 2 锁定。样品台可沿铅直轴上下移动，当游标 锁定螺钉松开时，样品台与游标同时绕轴旋转。 分束板将激光束分成两束，一束用于监测光强变化，另一束用于测量，分束板支架固 定后，调整分束板座，使光束能进入光电探测器 1。 样品为有机玻璃，贴在样品座有刻线的一方。请注意保护前表面。 二.偏振光实验仪的调节要求及步骤 根据实验内容，选择好应装在光具座上的光学支架，调节步骤如下: 1．调整光具座分度盘垂直度及动臂下的支撑调节螺钉，并用其锁紧螺母锁定，保证动 臂转动时分度盘不会晃动。 2．将对准板插在动臂 1(2)上，置两动臂于同一直线上。 3．调整激光器支架的高度，左右移动支架及激光器的仰俯来改变激光束的方向，使之 通过对准板长缝及对准板之中心。 4．旋转动臂 2，使之与激光束平行。 5．调整其余光学元件的位置，使激光束通过其中心，可旋转的光学元件端面应与激光 束垂直。
仪器介绍
一．偏振光实验仪的结构 偏振光实验仪结构如图 5.8-5 所示。 偏振光实验仪由激光器、起偏器、检偏器、波片、光电探测器、光电流放大器及光具 座等构成。 光源是波长为 632.8nm 的激光器，功率为 1.5mW 。安装在支架上，激光束的方向可 以通过调整支架的上下、左右及托板下方的激光器倾斜调节螺钉来改变。在实验时应调整 激光束，使之与分度盘平行。
E
E 的振动叫做光振动。
C
在光的传播过程中，如果光矢量 E 始终在一个固定的平 面沿一个固定的方向振动，这种光称为线偏振光或平面偏振 H 光。 在垂直于传播方向的平面内， 沿各方向振动的光矢量的分 图 5.8-1 布各项均匀， 而且各方向光振动的振幅都相同， 这种光称为自 然光。光的电矢量在某个方向上出现的几率大于其他的方向，即在较长的时间内电矢量在 某个方向上较强，这样的光称为部分偏振光。如图 5.8-2 所示。
实验光路如图 5.8-5。
光电探测器
D1
分光板 激光器
样品台
样品
起 偏 镜 P1
i
I i D2
光电探测器
图 5.8-5
1.确定起偏器的方位，使入射光为振动方向平行于入射面的偏振光。实验步骤如下： （1）当起偏镜 P 1 在某一方位时，转动样品面，仔细观察屏上反射光点的强弱变化，选 定反射光点最暗的某一位置做下一步调整。 （2）然后再旋转起偏镜 P 1 的角度，观察屏上反射光点的亮暗变化，找到一个光点最暗 的P 1 方位角。 （3）再依次重复（1）和(2)的步骤，直到反射光强度近于零，此时 P 1 的方位角恰使出 射的平面偏振光与入射平面相重合，即入射的偏振光为振动方向平行于入射面的偏振光。 2．测量布儒斯特角 i 0 ，计算折射率。 （1）实验光路如图 5.8-5 所示。当入射光为振动方向平行于入射面的偏振光时，转动 待测有机玻璃板，改变入射角，由光电探测器接收反射光强度，记录反射光强及相应的反 射光线的方位，要求：测量 10 个点，根据入射光线及反射光线的位置计算入射角 i ，在坐 标纸上画出入射角 i 与反射光强 I 的变化曲线图， 根据入射角与反射光强的变化规律， 确 定待测有机玻璃板对激光束的布儒斯特角 i 0 。 （2）根据布儒斯特定律，计算待测有机玻璃板相对空气的折射率。
5.8 ຫໍສະໝຸດ Baidu量透明介质的折射率
实验目的
1．观察光在界面上反射和折射时，发生的偏振现象； 2．利用布儒斯特定律测量介质的折射率。
实验用具
偏振光实验仪，激光器，偏振片，待测有机玻璃片。
实验原理
一．光的偏振状态 光是一种电磁波，是横波，它的电矢量 E 和磁矢量 H 相 互垂直，且垂直于光的传播方向 C (图 5.8-1)，偏振现象是 横波所独有的特征。在研究光现象时，通常将 E 叫做光矢量，
0 0
实验内容及操作步骤
一．熟悉仪器结构，观察偏振现象 1．按照“偏振光实验仪的调节要求及步骤”调整偏振光实验仪。 2．获得偏振光并鉴别自然光和偏振光 （1）用激光束垂直照射到起偏镜 P 1 上，转动 P 1 一周，用一张白纸做接收屏，观察光 强的变化情况，用光电探测器观察并记录视场中光强的变化情况。 （2）在起偏镜 P 1 后加入检偏镜 P 2 ，保持起偏镜 P 1 的状态不变，转动检偏镜 P 2 一周， 用一张白纸做接收屏，观察光强的变化情况，用光电探测器观察并记录视场中光强的变化 情况。 （3）分析上述实验现象，总结鉴别自然光和偏振光的方法。 二．根据布儒斯特定律测量待测有机玻璃板的折射率 根据布儒斯特定律，如果入射光为振动方向平行于入射面的偏振光，那么，当反射光 强为零时的入射角即为布儒斯特角。
i 0 入射时，反射光为线偏振光(只有垂直于入射面的振
i0 n1 n2
动)，而折射光为部分偏振光(平行于入射面的振动占主要 成分)，如图 5.8-3。 i0 也称为起偏角。根据布儒斯特定 律，有
tan i0
n2 n1
（5.8-1）
图 5.8-3
式中， n1 为媒质 1 的折射率， n2 为媒质 2 的折射率。 如果能够测得布鲁斯特角 i0 ，既可以得到介质 2 相 对介质 1 的折射率 n2 n1 。
偏振光
自然光
图 5.8-2
部分偏振光
二．光在界面上反射和折射时，发生的偏振现象及布鲁斯特定律 自然光在两种媒质的分界面上反射和折射时，反射光和折射光都将成为部分偏振光， 在特定的情况下，反射光有可能成为完全偏振光。 例如，自然光射到玻璃界面上的反射和折射情况。现在将自然光分解为两个振幅相等 的分振动：其一和入射面（入射光与界面法线方向构成的平面）垂直，在图 5.8-3 中用黑点 表示与入射面垂直的振动；其二和入射面平行，在图中用短线表示和入射面平行的振动。 黑点和短线的多少形象地表示上述两个分振动所代表的光波的强弱( 光波的强弱和振幅平 方成正比)，在自然光中，黑点和短线是均匀分布的。根据布儒斯特定律，当以布儒斯特角
样品台 起偏镜 激光器 分束板 光电探测器1 对准板 度盘指针 样品台 调节螺钉 样品台 锁定螺钉 分度盘 及游标 检偏镜 光电探测器2
激光器 倾斜调节螺钉 动臂1 动臂支撑调节螺钉 游标 锁定螺钉 动臂1 锁定螺钉
光学支架
分度盘 锁定螺钉 动臂2 锁定螺钉
动臂2
分度盘底角螺钉
图 5.8-4
起偏器、检偏器均为格兰偏振棱镜，梭镜装在镜座内，其通光孔径为 6mm 。偏振 棱镜镜座可以装在 360 0 分度盘镜座内。偏振棱镜的前表面己调整成与镜座轴线垂直，切勿 随意改变。 一 对 光 电 探 测 器 的 探 测 元 件 是 25mm 的 硅 光 电 池 ， 硅 光 电 他 前 有 遮 光 孔 ( 8mm )，光电信号经插头分别输人光电流放大器的“输人 1”和“输人 2” ，经放大后，