梯度折射率光纤的折射率分布满足

梯度折射率光线光路追迹

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

在传统的光学系统中，各种光学元件所用的材料都是均质的，每个元件内部各处的折射率为常数。在光学系统的设计中主要通过透镜的形状、厚度来成像，并利用各种透镜的组合来优化光学性能。梯度折射率材料则是一种非均质材料，它的组分和结构在材料内部按一定规律连续变化，从而使折射率也相应地呈连续变化。它也可简称为梯折材料。它主要依靠介质折射率的非均匀性实现各种光学功能，由它制成的光学元件具有显著的特点。如梯度折射率透镜体积小，数值孔径大，焦距短，端面为平面，消像差性好。组成光学系统可大大减少组件总数和非球面组件数，因而简化结构。梯度折射率光纤可以自聚焦，能提高藕合效率。梯度折射率微型光学元件是集成光学和光计算机的主要组件。因此，它在光学系统中有着良好的应用前景。本课题主要研究光在梯度折射率光纤中的传播轨迹。

1.1.1光纤的传输原理

光纤是一种传输介质，是依照光的全反射的原理制造的。光纤是一种将讯息从一端传送到另一端的媒介，是一条以玻璃或塑胶纤维作为让讯息通过的传输媒介。光纤实际是指由透明材料做成的纤芯和在它周围采用比纤芯的折射率稍低的材料做成的包层，并将射入纤芯的光信号，经包层界面反射，使光信号在纤

材质 IOR 值
空气 1.0003
液体二氧化碳 1.200
冰 1.309
水(20度) 1.333
丙酮 1.360
普通酒精 1.360
30% 的糖溶液 1.380
酒精 1.329
面粉 1.434
溶化的石英 1.460
Calspar2 1.486
80% 的糖溶液 1.490
玻璃 1.500
玻璃，锌冠 1.517
玻璃，冠 1.520
氯化钠 1.530
氯化钠（盐）1 1.544
聚苯乙烯 1.550
石英 2 1.553
翡翠 1.570
轻火石玻璃 1.575
天青石 1.610
黄晶 1.610
二硫化碳 1.630
石英 1 1.644
氯化钠（盐）2 1.644
重火石玻璃 1.650
二碘甲烷 1.740
红宝石 1.770
兰宝石 1.770
特重火石玻璃 1.890
水晶 2.000
钻石 2.417
氧化铬 2.705
氧化铜 2.705
非晶硒 2.920
碘晶体 3.340
常用晶体及光学玻璃折射率表
物质名称 分子式或符号 折射率
熔凝石

yaoyongdeo

用阿贝折射仪测液体的折射率

折射率是透明材料的一个重要光学常数。测定透明材料折射率的方法很多，全反射法是其中之一。全反射法具有测量方便快捷，对环境要求不高，不需要单色光源等特点。然而，因全反射法属于比较测量，故其测量准确度不高（大约Δn=3×10），被测材料的折射率的大小受到限制（约为1.3～1.7），且对固体材料还需制成试件。尽管如此，在一些精度要求不高的测量中，全反射法仍被广泛使用。

阿贝折射仪就是根据全反射原理制成的一种专门用于测量透明或半透明液体和固体折射率及色散率的仪器，它还可用来测量糖溶液的含糖浓度。它是石油化工、光学仪器、食品工业等有关工厂、科研机构及学校的常用仪器。

4

一、实验目的

1．加深对全反射原理的理解，掌握应用方法。

2．通过对几种液体折射率的测量，学会使用阿贝折射仪。

二、教学重、难点 重点：实验原理的理解 阿贝折射仪的结构 难点：阿贝折射仪的结构

三、实验原理

由全反射定律可知，当光线从光密媒质进入光疏媒质

时，若入射角为某个特定角，其折射角可达90o，此入射角称为全反射临界角。反之，当光线以90o入射角自光疏媒质进入光密媒质时，其折射角即为全反射临界角。

如图所示,在进光棱镜A‵

光学材料折射率的测定

Summary：Refractive index is one of the important parameters of optical materials, which often needs to be measured in scientific research and production practice. The method of measuring the refractive index can be divided into two categories: one is the application of refractive index and reflection, total reflection law, through the accurate measurement of the angle of the refractive index of the geometric optics method, such as the minimum deviation angle method, grazing incidence method, total reflection meth

常用物体折射率的介绍

常用物体折射率表

常用物体折射率表常用物体折射率表

材质 IOR 值

空气 1.0003

液体二氧化碳 1.200

冰 1.309

水(20度) 1.333

丙酮 1.360

普通酒精 1.360

30% 的糖溶液 1.380

酒精 1.329

面粉 1.434

溶化的石英 1.460

Calspar2 1.486

80% 的糖溶液 1.490

玻璃 1.500

玻璃，锌冠 1.517

玻璃，冠 1.520

氯化钠 1.530

氯化钠（盐）1 1.544

聚苯乙烯 1.550

石英 2 1.553

翡翠 1.570

轻火石玻璃 1.575

天青石 1.610

黄晶 1.610

二硫化碳 1.630

石英 1 1.644

氯化钠（盐）2 1.644

重火石玻璃 1.650

二碘甲烷 1.740

红宝石 1.770

兰宝石 1.770

特重火石玻璃 1.890

常用物体折射率的介绍

水晶 2.000

钻石 2.417

氧化铬 2.705

氧化铜 2.705

非晶硒 2.920

碘晶体

用阿贝折射仪测液体的折射率

折射率是透明材料的一个重要光学常数。测定透明材料折射率的方法很多，全反射法是其中之一。全反射法具有测量方便快捷，对环境要求不高，不需要单色光源等特点。然而，因全反射法属于比较测量，故其测量准确度不高（大约Δn=3×104），被测材料的折射率的大小受到限制（约为1.3～1.7），且对固体材料还需制成试件。尽管如此，在一些精度要求不高的测量中，全反射法仍被广泛使用。

阿贝折射仪就是根据全反射原理制成的一种专门用于测量透明或半透明液体和固体折射率及色散率的仪器，它还可用来测量液体的折射率。它是石油化工、光学仪器、食品工业等有关工厂、科研机构及学校的常用仪器。

一、实验目的

1．加深对全反射原理的理解，掌握应用方法。

2．通过对水、和酒精折射率的测量，学会使用阿贝折射仪。 三、实验原理

由全反射定律可知，当光线从光密媒质进入光疏媒质时，若入射角为某个特定角，其折射角可达90o，此入射角称为全反射临界角。反之，当光线以90o入射角自光疏媒质进入光密媒质时，其折射角即为全反射临界角。

1. 测量望远镜 2. 消色散手柄 3. 恒温水出口 4. 温度计 5. 测量棱镜 6. 铰链 7. 辅

几种溶液的折射率与其浓度关系的探究 物理师范1301 赵申强

摘要：工业生产和医药学中，测量溶液浓度的方法有多种，本文就光学法测量溶液浓度展开探究，利用阿贝折射仪测量室温下不同浓度溶液的折射率。分别对酒精溶液，蔗糖溶液，氯化钠溶液进行独立测量，使用的溶剂都是纯净水。对三种溶液测量的数据进行分析，做散点图，用最小二乘法得出线性回归方程。最后再根据得出的方程来求出同种溶液不同折射率下的浓度，来与实际浓度做比较，分析误差。为了简化配制溶液的步骤，采用“溶质+溶剂=100克”的模式，并记录下100克溶液的体积V（ ml)，方便以后换算成g/ml，例如酒精浓度为10%，指的是100克溶液中含10克乙醇，依此类推。 关键词：蔗糖溶液，酒精溶液，氯化钠溶液，溶液浓度，折射率。

引言：本实验研究的是光从空气中射入液体中入射角与折射角正弦之间的比值，即为相对折射率。 透明液体介质折射率的准确测量对于颜色密度差别不大但但折射率变化较大的液体的准确快速的鉴别具有重要的意义。而测量透明液体折射率与其浓度的关系，可通过测量某透明溶液

用阿贝折射仪测液体的折射率

折射率是透明材料的一个重要光学常数。测定透明材料折射率的方法很多，全反射法是其中之一。全反射法具有测量方便快捷，对环境要求不高，不需要单色光源等特点。然而，因全反射法属于比较测量，故其测量准确度不高（大约Δn=3×104），被测材料的折射率的大小受到限制（约为1.3～1.7），且对固体材料还需制成试件。尽管如此，在一些精度要求不高的测量中，全反射法仍被广泛使用。

阿贝折射仪就是根据全反射原理制成的一种专门用于测量透明或半透明液体和固体折射率及色散率的仪器，它还可用来测量液体的折射率。它是石油化工、光学仪器、食品工业等有关工厂、科研机构及学校的常用仪器。

一、实验目的

1．加深对全反射原理的理解，掌握应用方法。

2．通过对水、和酒精折射率的测量，学会使用阿贝折射仪。

二、实验原理

由全反射定律可知，当光线从光密媒质进入光疏媒质时，若入射角为某个特定角，其折射角可达90o，此入射角称为全反射临界角。反之，当光线以90o入射角自光疏媒质进入光密媒质时，其折射角即为全反射临界角。

1. 测量望远镜 2. 消色散手柄 3. 恒温水出口 4. 温度计 5. 测量棱镜 6. 铰链 7.

测液体折射率实验报告

系 级 姓名： 学号: 实验题目: 表面等离激元共振法测液体折射率实验 预习报告与原始数据见纸质报告。 实验步骤：

1.调整分光计，实验部件安装和线路连接已经完成； 2.传感器中心调整

粗调：将微调座放到载物台上，固定好调节架后，在调节架中心放上准星，调节载物台锁紧螺钉使激光光斑至粗调对准处，不断调节平行光管光轴水平调节螺钉与微调座的两颗微调螺钉，使当游标盘转动一圈时，激光光斑一直照在该处；

细调：调节平行光管光轴高低调节螺钉，使激光光斑射在细调对准处，不断调节平行光管与微调座使当转动游标盘一圈时，激光光斑一直射在该处；

中心调节：继续调节平行光管光轴高低调节螺钉，使激光光斑射在准星顶尖处，再次调节使转动游标盘一圈时，激光光斑一直射在顶尖处。

3.测量前准备调节

中心调节完毕后，移去准星，放入敏感元件，将游标盘和刻度盘调节到合适位置；调整敏感元件使光垂直入射至半圆柱棱镜中的镀金属膜上，拧紧游标盘止动螺钉；转动刻度盘使刻度盘0o对准游标盘0o；拧紧转座与刻度盘止动螺钉，松开游标盘止动螺钉，从此刻开始刻度盘始终保持不动，将游标盘转回至刻度盘所示65o位置处锁定，测量前准备

利用牛顿环测液体折射率

摘要：液体折射率的测量在工农业中十分重要，本文阐述了牛顿环测液体折射率的实验原理，通过比较空气与水中牛顿环半径，求出液体折射率。本文采用逐差法处理数据，测量过程简单，结果较为准确

关键词：牛顿环 液体折射率 逐差法

牛顿环是一种典型的等厚薄膜干涉现象，能充分显示光的波动性。本文通过研究对比空气和水在牛顿环里发生的干涉现象，更新了液体折射率的测试方法，使牛顿环的应用更加丰富，开拓了物理实验的新视野。

一，当牛顿环薄膜为一般介质的讨论

如图所示，设距接触点为ｒ处薄膜厚度为ｄ，设薄膜折射率为Ｎ．一束单色光垂直投射上去，入射光在薄膜上下表面反射并与上表面发生干涉，两束光光程差为：

?=2dn??2------------------------------------------(1)

在反射光中形成一系列以接触点Ｏ为中心的明暗相间的同心圆圈（如图ｂ所示）叫牛顿圈。 其中

?项是膜层下表面光由光疏介质到光密介质交界面反射时所引起的半波损失。 2满足明、暗圈的干涉条件分别是： ??2dN?K=1,2,3……

??2dN?22?2?k?―