用分光计测量阿贝数

韩 也

(长春大学 物理实验中心，长春 130022)

0 引言

阿贝数是德国物理学家恩斯特·阿贝发明的物理学数，也称“V-数”，用来衡量介质的光线色散程度。阿贝数n表示透明物质色散能力的反比例指数，是对控制光谱的材料能力的一种测量，数值越小色散现象越厉害。眼用光学镜片材料的阿贝数一般在30到60之间。阿贝数越高，戴眼镜者越不容易察觉到镜片周边产生的色散现象(横向色差)。同时阿贝数还可以用于计算轴向色差和横向色差［1］。

石英玻璃的阿贝数n(色散率)67.618;光学玻璃的阿贝数:n≥50的玻璃为冕玻璃，用K表示;n＜50为火石玻璃，用F表示。冕玻璃属于碱硅酸盐玻璃。

总的来说有这样一个规律:材料的折射率越大，色散越厉害，即阿贝数越低。阿贝数是光学系统设计中消除色差经常使用的参数，也是透光材料重要性能之一，在光通信中，光纤的色散主要有材料色散、波导色散、偏振模色散和模间色散四种。光纤的材料色散是评价光纤材料的重要指标之一。因此，确定透光材料的阿贝数是一个很重要的工作。

1 用分光计测量阿贝数的实验原理

在光学玻璃研究中，为了定量地表示的光学性质，首先必须确定某些特殊谱线的波长作为标准波长，在可见光部分中，玻璃的折射率和色散的测定值通常采用表1所列的波长。

表1 标准光谱的波长

通过测量有关的折射率，即可获得阿贝数。本文主要介绍在大学物理实验中，使用分光计间接测量光学玻璃阿贝数的实验方法。

在上述波长下测得的玻璃折射率分别用 nC，nD，nF……，表示［2］。

测量阿贝数的仪器种类和方法很多，但是基本测量原理不变，即与材料折射率有直接的关系，公式如下:

2 实验仪器

2.1 光源

钠光灯和汞灯，实验室常用的钠灯和汞灯作为单色光源，它们的工作原理都是以金属Na或Hg蒸气在强电场中发生的游离放电现象为基础的弧光放电灯。氢灯，它是一种高压气体放电光源，它的两个玻璃管中间用弯曲的毛细管连通，管内充气。在管子两端加上高电压后，氢气放电发出粉红色的光。在可见光范围内，氢灯发射的原子光谱线主要有三条［3］。

2.2 JJY －1＇型分光计;

2.3 表面光亮规则形状玻璃材料(可以使用实验室的三棱镜)

3 实验步骤

3.1 调整分光计:分光计望远镜聚焦无穷远，望远镜光轴垂直仪器转轴，平行光管与望远镜等高同轴，并发出平行光［4］。

图1 测量顶角A原理图

图2 测量最小偏向角原理图

3.3 分别测量同一材料在三种标准光谱(分别是D，C，F光)的经过玻璃的最小偏向角δmin，各采集三组测量数据，如图2所示。

3.4 利用公式

分别计算折射率 nC，nD，nF。

3.5 将nC，nD，nF代入(1)式，求出阿贝数的最佳值。

3.6 用不确定度评价测量结果。

4 测量结果及讨论

4.1 本实验使用多元素组合光源，规则形状的光学玻璃为三棱镜，测量其有关数据，见表2。

表2 测量 nC，nD，nF数据表

4.2 计算与分析

由于本实验所用玻璃为等边三棱镜，其顶角为60°00＇根据(2)式计算三种单色光折射率，分别得到:

5 测量结果及讨论

上述测量结果很准确，表明本实验室所用的光学玻璃三棱镜，属于硅酸盐玻璃材料范围，色散率适中，从而说明本实验适应于实际测量，可以在大学物理实验中开设。

分光计测量阿贝数的实验，是对光学材料知识和光学仪器综合运用到的一种新尝试，即拓宽了学生灵活运用测量仪器的思路，又为光学物理实验教学提供了新的应用性实验内容。从教学效果来看，确实启迪和锻炼了学生实验方面的技能和方法。

教学的实质是培养学生的探究和实践能力，教育不仅仅是向学生传授书本上的知识，其本质目的是培养学生对新事物的探索意识和创造能力，爱因斯坦曾说过:“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”［5］。本实验很容易引起学生的兴趣，也可以为学生提共关于分光计应用方面的设计性实验题目。作为设计性实验题目，可以先提出测量目标，提供实验仪器，引导学生积极思考、大胆假设、努力探索，认真设计实验方案，探寻新的实验方法。

［1］马眷荣.玻璃辞典［M］.北京:化学工业出版社，2010.

［2］赵彦钊，殷海荣.玻璃工艺学［M］.北京:化学工业出版社，2006.

［3］史智平.光源特性研究与使用［J］.大学物理实验，2011(2):14.

［4］朱莉，傅志雄.大学物理实验［M］.长春:吉林人民出版社，2008.

［5］蓝岚翎.高校实验教学改进方案探讨［J］.湖北广播电视大学学报，2010(11):127-128.