[發明專利]基于菲涅爾公式測量折射率的實驗方法及裝置

在審

• 申請號: 201711134513.1
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107782698A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 張楊;趙輝;徐金玲;修暢
• 申請（專利權）人: 鞍山師范學院
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/01
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所21224
• 代理人: 張群

技術領域

本發明涉及物體折射率測量技術領域，尤其涉及一種基于菲涅爾公式測量折射率的實 驗方法及裝置。

背景技術

在相關物理實驗過程中，經常要檢測固體或液體的折射率，工業試驗時常用阿貝折射 計、分光計等儀器進行測量。雖然阿貝折射計精度高，但結構復雜、造價較高；分光計雖 然對折射角測量準確，但其調試難度大，因此使用有一定的局限性；折射率的測定裝置都 是根據折射定律的原理設計的，折射定律中的入射角在實驗操作中能準確控制，但是要準 確測量固體或液體的折射角有一定的難度，而折射角的測量精度對于計算折射率是至關重 要的。

發明內容

本發明提供了一種基于菲涅爾公式測量折射率的實驗方法及裝置，能夠方便、快速地 測量樣品反射的偏振光的強度，將測量結果代入菲涅爾公式即可求得折射角，從而準確地 測定固體或液體的折射率；實驗裝置結構簡單，操作調整方便。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

基于菲涅爾公式測量折射率的實驗方法，包括如下步驟：

1)采用激光筆作為入射光的光源，激光筆前方加設偏振片用于改變入射光的偏振方 向，經偏振片后的入射光為線偏振光；

2)分別使線偏振光的透振方向平行于入射面和垂直于入射面，將線偏振光以45°角 入射到待測樣品表面上，保證兩種情況下入射光強度相等，然后通過與電腦連接的CCD攝 像頭采集兩種情況下的反射光強度I₁、I₂；

3)根據菲涅爾公式，可以得到：

式中，E₁為線偏振光的透振方向平行于入射面時反射光的場強振幅大小；E₂為線 偏振光的透振方向垂直于入射面時反射光的場強振幅大小；θ₀為折射角；E為入射光的 場強振幅大小；

4)由I₁＝KE₁²，I₂＝KE₂²，得出折射角θ₀為：

將公式1代入折射定律得到待測樣品的折射率：

式中，n為空氣的折射率。

用于實現所述方法的基于菲涅爾公式測量折射率的實驗裝置，包括實驗平臺、固定架、 樣品槽、激光筆、CCD攝像頭及計算機；所述固定架和樣品槽設于實驗平臺上，樣品槽用 于盛放待測的固體或液體；激光筆通過固定架設置在樣品槽的外上方，CCD攝像頭通過固 定架設置在與激光筆相對的一側；激光筆的前端激光束出射方向固定有偏振片，CCD攝像 頭位于激光束的反射光束上，CCD攝像頭的信號輸出端通過數據線連接計算機。

所述實驗平臺由底座、調節腳、橫向水準泡、縱向水準泡組成，底座的底部四周分別 設調節腳，底座上平面分別設橫向水準泡和縱向水準泡。

所述固定架由立桿、橫桿、橫桿連接滑塊、激光筆連接滑塊、攝像頭連接滑塊及固定 螺栓組成；所述立桿為2個，間隔且豎直地固定在底座上，橫桿兩側分別通過橫桿連接滑 塊與立桿連接；激光筆連接滑塊設于橫桿一端，激光筆設于激光筆連接滑塊上；攝像頭連 接滑塊設于橫桿另一端，CCD攝像頭設于攝像頭連接滑塊上；橫桿連接滑塊的高度、激光 筆連接滑塊的水平位置、攝像頭連接滑塊的水平位置、激光筆的角度、CCD攝像頭的角度 均可單獨調整，調整后在對應連接處分別通過固定螺栓鎖緊固定。

所述CCD攝像頭的像素不小于1200W，分辨率不小于1280×720ppi，成像距離為20～ 40cm。

所述激光筆為功率不小于100mw，波長500～560nm的綠光激光筆。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1)采用本發明所述實驗方法及裝置能夠方便、快速地測量樣品反射的偏振光的強度， 將測量結果代入菲涅爾公式即可求得折射角，從而準確地測定固體或液體的折射率；

2)裝置結構簡單，操作調整方便；

3)CCD攝像頭的測量數據直接輸入計算機，通過計算機程序自動計算折射率，減少 人為誤差，進一步提高測量精度。

附圖說明

圖1是本發明所述基于菲涅爾公式測量折射率的實驗裝置的主視圖。(計算機未示出)

圖2是本發明所述基于菲涅爾公式測量折射率的實驗裝置的俯視圖。(激光筆、CCD 攝像頭及計算機未示出)