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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：P = ' mn，线偏振光P = 1，自然光P = 0，部分偏振光0 < P < 1I + Imax min2、 布儒斯特定律nn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n当入射角0 o满足：tan9 = 2时，反射光就成为线偏振光，其振动面垂直于入射面，0 0 n1即只剩S光，P光消失本实验采用P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Y为：sin丫二sin i/n ( n为材料的折射率) (1)同理出射角丫’为： sin i = sin 丫' / n根据几何关系可以证明人射光与出射光之间的夹角为：§二i +丫'-A，而且5有一个极小值5 ，可以证明：min当光束偏转角为5 时，有i二丫' ，丫二i ；min此时5 = 2i - A，即 i = (5 + A)/2 ；而 A = 丫+ i = 2y ，有 丫= A/2 ；带入(1)式可得：n=sin[(A 十 5 min)／2]／sin(A／2) ( 2)因此，只要我们测量出5 min，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1 和最小值1 ，算出偏振度：m ax m inI -1P = —max minI +1max min2．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转台偏抿片光功率计撩头半导体澈比器图 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4）将上步的测量值和A=600带入公式：n 二 sinl（A + 5 ）/2〕/sin（A / 2）min求出棱镜材料的相对折射率图 4 最小偏向角法棱镜材料折射率的测量实验【注意事项】1．避免眼睛直视激光束；2．实验过程中，光斑射在光功率计探头不同位置时光功率计读数不一样，应保证每次光斑 垂直入射到光功率计探头硅光电池中间位置；3．每次测量光强时，光探测器探测到的光强是环境光强 I 与激光光强 I 的和 I （只要在 0总激光器出光孔前用手遮挡，此时光功率计测出的就是环境光强）；在用布儒斯特定律测定玻 璃的折射率时，本身反射光的强度很小，为避免环境光的影响，最好在有窗帘的实验室或暗 室开展实验4. 光路上各元件的等高、共轴对实验结果影响很大，需要仔细调节才能得到较好结果5. 实验过程中，可用一张白纸观察发射光强的变化情况，进行辅助测试。