[发明专利]基于菲涅尔公式测量折射率的实验方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及物体折射率测量技术领域，尤其涉及一种基于菲涅尔公式测量折射率的实 验方法及装置。

背景技术

在相关物理实验过程中，经常要检测固体或液体的折射率，工业试验时常用阿贝折射 计、分光计等仪器进行测量。虽然阿贝折射计精度高，但结构复杂、造价较高；分光计虽 然对折射角测量准确，但其调试难度大，因此使用有一定的局限性；折射率的测定装置都 是根据折射定律的原理设计的，折射定律中的入射角在实验操作中能准确控制，但是要准 确测量固体或液体的折射角有一定的难度，而折射角的测量精度对于计算折射率是至关重 要的。

发明内容

本发明提供了一种基于菲涅尔公式测量折射率的实验方法及装置，能够方便、快速地 测量样品反射的偏振光的强度，将测量结果代入菲涅尔公式即可求得折射角，从而准确地 测定固体或液体的折射率；实验装置结构简单，操作调整方便。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

基于菲涅尔公式测量折射率的实验方法，包括如下步骤：

1)采用激光笔作为入射光的光源，激光笔前方加设偏振片用于改变入射光的偏振方 向，经偏振片后的入射光为线偏振光；

2)分别使线偏振光的透振方向平行于入射面和垂直于入射面，将线偏振光以45°角 入射到待测样品表面上，保证两种情况下入射光强度相等，然后通过与电脑连接的CCD摄 像头采集两种情况下的反射光强度I₁、I₂；

3)根据菲涅尔公式，可以得到：

式中，E₁为线偏振光的透振方向平行于入射面时反射光的场强振幅大小；E₂为线 偏振光的透振方向垂直于入射面时反射光的场强振幅大小；θ₀为折射角；E为入射光的 场强振幅大小；

4)由I₁＝KE₁²，I₂＝KE₂²，得出折射角θ₀为：

将公式1代入折射定律得到待测样品的折射率：

式中，n为空气的折射率。

用于实现所述方法的基于菲涅尔公式测量折射率的实验装置，包括实验平台、固定架、 样品槽、激光笔、CCD摄像头及计算机；所述固定架和样品槽设于实验平台上，样品槽用 于盛放待测的固体或液体；激光笔通过固定架设置在样品槽的外上方，CCD摄像头通过固 定架设置在与激光笔相对的一侧；激光笔的前端激光束出射方向固定有偏振片，CCD摄像 头位于激光束的反射光束上，CCD摄像头的信号输出端通过数据线连接计算机。

所述实验平台由底座、调节脚、横向水准泡、纵向水准泡组成，底座的底部四周分别 设调节脚，底座上平面分别设横向水准泡和纵向水准泡。

所述固定架由立杆、横杆、横杆连接滑块、激光笔连接滑块、摄像头连接滑块及固定 螺栓组成；所述立杆为2个，间隔且竖直地固定在底座上，横杆两侧分别通过横杆连接滑 块与立杆连接；激光笔连接滑块设于横杆一端，激光笔设于激光笔连接滑块上；摄像头连 接滑块设于横杆另一端，CCD摄像头设于摄像头连接滑块上；横杆连接滑块的高度、激光 笔连接滑块的水平位置、摄像头连接滑块的水平位置、激光笔的角度、CCD摄像头的角度 均可单独调整，调整后在对应连接处分别通过固定螺栓锁紧固定。

所述CCD摄像头的像素不小于1200W，分辨率不小于1280×720ppi，成像距离为20～ 40cm。

所述激光笔为功率不小于100mw，波长500～560nm的绿光激光笔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)采用本发明所述实验方法及装置能够方便、快速地测量样品反射的偏振光的强度， 将测量结果代入菲涅尔公式即可求得折射角，从而准确地测定固体或液体的折射率；

2)装置结构简单，操作调整方便；

3)CCD摄像头的测量数据直接输入计算机，通过计算机程序自动计算折射率，减少 人为误差，进一步提高测量精度。

附图说明

图1是本发明所述基于菲涅尔公式测量折射率的实验装置的主视图。(计算机未示出)

图2是本发明所述基于菲涅尔公式测量折射率的实验装置的俯视图。(激光笔、CCD 摄像头及计算机未示出)