基于布儒斯特定律的分光仪测量玻璃折射率实验

王中林

（武汉软件工程职业学院，湖北武汉 430205）

基于布儒斯特定律的分光仪测量玻璃折射率实验

王中林

（武汉软件工程职业学院，湖北武汉 430205）

光学材料折射率测量的常见方法有阿贝折射仪全反射法，分光仪最小偏向角法等。本文描述了运用布儒斯特定律在分光仪上测量折射率的新实验方法，并得到相关测量数据。

布儒斯特；分光仪；折射率

图1 光在介质表面的反射与折射

1 实验过程

1.1 实验设备及仪器

FGY-01型分光仪一个；低压钠灯一套；He-Ne激光器一套；平行平面镜一块；扩束镜一个；已知透振动方向的偏振片一片；短光具座及支架若干；光电倍增管测量系统一套。

1.2 实验过程及原理

1.2.1 测量平行平面镜对钠黄光的折射率

在分光仪调校基础上，把钠光灯放置到狭缝前，使狭缝宽度很小，从望远镜中观察时基本是一条亮黄线。先让平行光管、望远镜光轴基本处在同一直线上，并使平面镜与光轴垂直（如图2所示），锁紧螺丝，微调螺丝使单缝像与分划板竖线重合，记下此时的两读数窗角度值θ10、θ20。然后转动望远镜使之与平行光管基本挨在一起，同时转动转台使平行平面镜转动，让从平行光管中射出的光经平面镜反射后进入望远镜中（如图3所示），在望远镜物镜上套上偏振器，让透振动方向与平行光管单缝像方向基本一致。继续转动望远镜和转台使从望远镜中始终能看到单缝的像。当转到望远镜与平行光管基本垂直时，小心旋转偏振片，使偏振片处在使单缝像最暗的位置，保证偏振片的透振动方向与入射面平行。继续转动转台和望远镜，可以观察到单缝像越来越暗。细心转动转台与望远镜，眼睛盯住单缝像，使像始终出现在视场中，直到单缝像几乎观测不到，再转动转台时像又开始变明亮时停止转动转台。再回转转台，像会再次经历变暗到变亮的过程。重复几次，找到最暗像处，停止转动转台。略微使单缝加宽，像亮度增加，细心调节螺丝使单缝像与分划板竖线重合。读出此时两读数窗中显示的角度值θ1、θ2。利用计算公式：

图2 平行光管、望远镜共轴

图3 光从平行光管射到平面镜上反射回望远镜

1.2.2 测量平行平面镜对激光的折射率。

利用激光作光源，如图4所示在光具座上架好激光器和扩束镜，让扩束镜远离单缝，减小单缝宽度，使进入平行光管的光强极弱，避免伤害人的眼睛。重复步骤1.2.1的方法，最终测出平面镜对激光的折射率。

图4 发散激光进入平行光管

在前面的基础上，取下望远镜的目镜，换接光电倍增管探头。重复前面的实验过程，直接在仪表上读出光强的大小变化。找到仪表示数几乎为零的位置进行读数计算，得到平面镜对激光的折射率。这样就完全避免了激光对人眼可能造成的伤害。

2 实验结果

实验数据见表1。

表1 实验数据

通过计算，平面镜对钠黄光的折射率为（1.530 8＋1.507 1＋1.513 9＋1.497 2＋1.531 6）／5＝1.512 6，对激光的折射率为（1.531 6＋1.529 5＋1.515 6＋1.521 8＋1.527 1）／5＝1.525 1。

3 误差分析

在以上测量过程中，对钠光灯，误差平均值为0.011 88，为测量平均值的0.79%，测量值偏离平均值最大为1.26%；对激光，误差平均值为0.005 14，为测量平均值的0.34%，测量值偏离平均值最大为0.62%；前10次观察单缝的像采取的是目视法，首先由于眼睛对象的明暗存在判断上的偏差，必定会带来较大的误差。其次，在调节仪器、读取数据过程中很难做到绝对准确，也会带来结果的误差。第三、把空气的折射率当作1处理必定影响最终结果的准确性。第四、偏振片对光的消光比也会影响测量结果。相对而言，最后一次利用光电探测器件进行信号检测，相对准确率较高，但结果也会受到光电探测器性能的影响。

4 结 论

运用布儒斯特定律测量物体折射率的实验，具体操作方法简单易行，克服了在分光仪上利用几何光学 “最小偏向角测折射率”方法需把待测物做成三棱镜的缺点［4］，并且测量的精度也较高。如果配备一台对微弱信号响应率较高的光电探测器和空气折射率测试仪，在合理的实验环境下完全可以实施对透明介质折射率的高精度测量。也可以把该测量方法用在对激光谐振腔的反射膜片折射率检测等生产实践过程中。

［1］ 徐家骅.工程光学基础［M］.北京：机械工业出版社，1993：216-217.

［2］ 洪丽，符运良，卞秀芬，曲春英.分光计测定三棱镜折射率方法的改进［J］.海南师范学院学报：自然科学版，2010，23（1）：41-42.

［3］ 廖艳林，赵艳，谌正艮，赵青生.一种快速调节分光计的方法［J］.大学物理实验，2010，23（1）：28-29，40.

［4］ 孙方晓.用分光仪测固体折射率方法研究［J］.天津教育学院学报：自然科学版，1997（2）：21-23.

Spectrometer Measuring the Refractive Index of Glass Experiment Based on Brewster＇s Law

WANG Zhong-lin

（Wuhan Vocational College of Software Engineering，Hubei，Wuhan 430205）

The common method of measurement of refractive index of optical materials Abbe total reflection method，spectrometer minimum deviation angle method.The article describes a new experimental method of measuring the refractive index in the spectrometer，the use of Brewster＇s law，and related measurement data.

Brewster Manchester；spectrometer；refractive index

O436.1

A

1007-2934（2012）03-0055-03

2012-03-12