用于测量空气的折射率

南昌大学物理实验报告

课程名称：普通物理实验（2）

实验名称： 空气折射率

学院：专业班级：

学生姓名：学号：

实验地点：座位号：

实验时间：

一、 实验目的：

1.进一步了解光的干涉现象及其形成条件，掌握迈克耳孙干涉光路的原理和调节方法。

2.利用迈克耳孙干涉光路测量常温下空气的折射率。

二、 实验仪器：

迈克耳孙干涉仪、气室组件、激光器、光阑。

三、 实验原理：

迈克尔逊干涉仪光路示意图如图1所示。其中，G为平板玻璃，称为分束镜，它的一个表面镀有半反射金属膜，使光在金属膜处的反射光束与透射光束的光强基本相等。 M1、M2为互相垂直的平面反射镜，M1、M2镜面与分束镜G均成450角；

?表示M2对G金属膜的虚像。 M1可以移动，M2固定。M2 从光源S发出的一束光，在分束镜G的半反射面上被分成反射光束1和透射光束2。光束1从G反射出后投向M1镜，反射回来再穿过G；光束2投向M2镜，经M2镜反射回来再通过G膜面上反射。于是，反射光束1与透射光束2在空间相遇，发生干涉。

M1 L1n1 ? M2激光S G 1 O L2n2 MM2

2

由图1可知，迈克尔逊干涉仪中，当光束垂直入射至M1、M2镜时，两束光的光程差?为

图1

南昌大学物理实验报告

课程名称：普通物理实验（2）

实验名称： 空气折射率

学院：专业班级：

学生姓名：学号：

实验地点：座位号：

实验时间：

一、 实验目的：

1.进一步了解光的干涉现象及其形成条件，掌握迈克耳孙干涉光路的原理和调节方法。

2.利用迈克耳孙干涉光路测量常温下空气的折射率。

二、 实验仪器：

迈克耳孙干涉仪、气室组件、激光器、光阑。

三、 实验原理：

迈克尔逊干涉仪光路示意图如图1所示。其中，G为平板玻璃，称为分束镜，它的一个表面镀有半反射金属膜，使光在金属膜处的反射光束与透射光束的光强基本相等。 M1、M2为互相垂直的平面反射镜，M1、M2镜面与分束镜G均成450角；

?表示M2对G金属膜的虚像。 M1可以移动，M2固定。M2 从光源S发出的一束光，在分束镜G的半反射面上被分成反射光束1和透射光束2。光束1从G反射出后投向M1镜，反射回来再穿过G；光束2投向M2镜，经M2镜反射回来再通过G膜面上反射。于是，反射光束1与透射光束2在空间相遇，发生干涉。

M1 L1n1 ? M2激光S G 1 O L2n2 MM2

2

由图1可知，迈克尔逊干涉仪中，当光束垂直入射至M1、M2镜时，两束光的光程差?为

图1

测量 棱镜 折射率

最小偏向角法测量棱镜的折射率

测量 棱镜 折射率

【实验目的】 实验目的】1.熟练掌握分光计的调节方法。 .熟练掌握分光计的调节方法。 2.用最小偏向角法测定棱镜玻璃的 . 折射率。 折射率。

【仪器及用具】 仪器及用具】分光计，汞灯，三棱镜。 分光计，汞灯，三棱镜。

测量 棱镜 折射率

【实验原理】 实验原理】 棱镜玻璃的折射率， 棱镜玻璃的折射率 ， 可用测定最 小偏向角的方法求得，如图1所示 所示。 小偏向角的方法求得，如图 所示。光 线经棱镜两次折射后， 线经棱镜两次折射后 ， 出射光线产生 了偏转， 在入射光线与出射光线处于 了偏转 ， 在入射光 线与出射光线处于 光路对称时，其偏转的角度为最小。 光路对称时，其偏转的角度为最小。

测量 棱镜 折射率

图1

可以证明， 即 i1 = i ,记为δ m。可以证明，棱镜 δm n 与棱镜角A、 的折射率 与棱镜角 、最小偏向角 有如下关系： 有如下关系：' 2

测量 棱镜 折射率

【实验内容】 实验内容】

A + δm sin 2 n= A sin 2

1.分光计的调整：按分光计的调节法进行。 .分光计的调整：按分光计的调节法进行。 2.测定最小偏向角：以汞灯为光源。 .测定最小偏向角：以汞灯

实验题目 用分光计测量玻璃棱镜折射率

【实验目的】

1、了解分光计的结构并掌握调节和使用方法. 2、掌握测定棱镜角的调整技巧与方法.

【实验仪器】

1、待测三棱镜 2、钠灯

3、分光计(附变压器、平面镜、手持照明放大镜) 4、会聚透镜

【实验原理】

1、 自准直法测量三棱镜的顶角

三棱镜由两个光学面AB和AC及一个毛玻璃面BC构成.三棱镜的顶角是指AB与AC的夹角?.如图所示,自准直法就是使自准直望远镜光轴与AB面垂直,使三棱镜AB面反射回来的小十字像位于准线中央,并由分光计的度盘和游标盘读出这时望远镜光轴

相对于某一个方向OO的角位置?1;再把望远镜转到与三棱镜AC 自准直法测三棱镜顶角

面垂直, 由分光计的度盘和游标盘读出这时望远镜光轴相对于OO的角位置?2.于是,望远镜转过的角度为

''???2??1,三棱镜的顶角??180???.由于制造上的原因,分光计带有一定的偏心差,即分光计的主轴可能

不在分度盘的圆心上,而略微偏离分度盘圆心.因此,望远镜绕过的真实角度与分度盘上反映出的角度有偏差.为了消除这种误差,分光计分度盘上设置了相隔180的两个读数窗口A与B,而望远镜读数则由两个窗口各自读数的平均值来决定.其中

??

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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‵

得分

教师签名 批改日期

深 圳 大 学 实 验 报 告

课程名称： 近代物理实验

实验名称： 椭圆偏振法测量薄膜厚度及折射率

学院： 物理科学与技术学院

组号 指导教师：

报告人： 学号：

实验地点 实验时间：

实验报告提交时间：

一、 实验目的

1、利用椭偏仪测量硅衬底薄膜的折射率和厚度；提高物理推理与判别处理能力。

2、用自动椭偏仪再测量，进行比对；分析不同实验仪器两种方式的测量。提高误差分析与分配能力。

二、实验原理

椭偏法测量的基本思路是，起偏器产生的线偏振光经取向一定的1/4波片后成为特殊的椭圆偏振光，把它投射到待测样品表面时，只要起偏器取适当的透光方向，被待测样品表面反射出来的将是线偏振光。根据偏振光在反射前后的偏振状态变化（包括振幅和相位的变化），便可以确定样品表面的许多光学特性。

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

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

椭偏光法测量薄膜的厚度和折射率

1. 实验目的

(1) 了解椭偏光法测量原理和实验方法； (2) 熟悉椭偏仪器的结构和调试方法； (3) 测量介质薄膜样品的厚度和折射率。

2. 实验原理

本实验介绍反射型椭偏光测量方法。其基本原理是用一束椭偏光照射到薄膜样品上，光在介质膜的交界面发生多次的反射和折射，反射光的振幅和位相将发生变化，这些变化与薄膜的厚度和光学参数（折射率、消光系数等）有关，因此，只要测出反射偏振状态的变化，就可以推出膜厚度和折射率等。

2.1 椭圆偏振方程

图1所示为均匀、各向同性的薄膜系统，它有两个平行的界面。介质1为折射率为n1的空气，介质2为一层厚度为d的复折射率为n2的薄膜，它均匀地附在复折射率为n3的衬底材料上。φ1为光的入射角，φ2和φ3分别为薄膜中和衬底中的折射角。

Ip

Op

Ip

IIp

图1 薄膜系统的光路示意图

光波的电场矢量可分解为平行于入射面的电场分量（p波）和垂直于入射面的电场分量（s波）。用(Ip)i和(Is)i分别代表入射光的p分量和s分量，用(Ip)r和(Is)r分别代表各反射光Op，Ip，IIp···中电矢量的p分量之和及各束反射光s分量之和。定义反射率（反射系数）r为反射光电矢量的振幅与

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