布儒斯特角法分光计测量折射率实验的探讨(2)
时间:2016-11-17 21:23 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
1. 实验原理 光是一种人眼可见的电磁波，也称为可见光谱。电磁波是矢量波，对应于电磁波中所谓的极化，在光学中把它称作偏振[3]。根据偏振光的性质可把偏振分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振等。其中，线偏振光是指其偏振电场的振幅分量在与光的传播方向相垂直的平面内，并且该平面的法线方向不会随时间变化，因此其 与在传播方向垂直的平面内的电场分量投影为直线[4]。 一般来讲，光矢量的分布是各向均匀的，且各个方向光振动的振幅也是相同的，这种光叫自然光[5]。如果在垂直于其传播方向的平面中，光波的光矢量只是沿着一个固定的方向振动．我们把这种光叫做完全偏振光、又称为线偏振光。把介于完全偏振光与自然光之间的情形，叫做部分偏振光。从科学上讲，光指的是所有的电磁波谱。光波是一种电磁波，这种电磁波中起光作用的主要是电场矢量，因此，电场矢量又称为光矢量。由于光波是横渡，因此光波中的光矢量的振动方向与光的传播方向垂直。如果在光的传播过程中，若某一光矢量保持在固定的平面上振动，这种振动状态被称为平面振动态，此平面称为振动面[6]。在光学的实验中，常用某种装置完全或者部分除去自然光中两相互垂直的分振动之一，便可获得完全或者部分偏振光。从自然光中获得偏振光的过程称为起偏；把获得偏振光的器件或装置称为起偏器[7]。 1815 年，英国物理学家D.布儒斯特发现：当太阳光在电介质界面上发生反射和折射时，一般情况下获得的反射光和折射光都是部分偏振光，只有当入射角为某一特定角度时，反射光才是线偏振光，其振动方向与入射面垂直，这个特定角就称为布儒斯特角或起偏角[8]。当光以布儒斯特角入射时，反射光与折射光互相垂直。在反射光中垂直于入射面的光振动多于平行振动，同时在折射光中平行于入射面的光振动多于垂直振动，而且反射光的偏振化程度与入射角的大小有关。当入射角等于某一特定值 时，反射光将变为光矢量垂直于入射面的完全偏振光，此时 且 ，则 叫做布儒斯特角，该式称为布儒斯特定律[9]，如图1所示。 根据折射定律得： 2.1 实验方法 2.1.1 最小偏向角法测三棱镜的折射率 先按分光计的调整要求和方法，正确调节分光计，使之达到正常工作状态。 然后调节三棱镜，使三棱镜两折射面与分光计中心轴平行，转动载物台，调节三棱镜顶角。使之对准平行光管，令平行光管射出的光束照在三棱镜两个折射面上。将望远镜转至一侧，测出反射光的方位角 、 ；然后转至另一侧，用同种方法测出方位角 、 ，测量5次，求平均值。 转动望远镜在其中一侧寻找平行光管中狭缝的像，再向一侧慢慢转动游标盘和三棱镜，使狭缝想朝入射方向移动，当此像整要想另一相反方向移动时，固定游标盘，转动望远镜，使分划板上的竖直线与狭缝像对准，记录游标的读数，记为 、 。取下三棱镜，转动望远镜使其对准平行光管，并使分划板的竖直线与狭缝的像对准，记下对称的两游标读数，记为 、 [10]。 2.1.2 布儒斯特角法测物体的折射率 首先，以测量三棱镜的折射率为例。在分光计的望远镜的前端放置一个偏振片，缓慢地转动偏振片，通过望远镜观察反射进来的光线，会看到反射的光线强度出现周期性的变化，这就表明，反射出来的光即为部分偏振光。继续旋转偏振片，当观察到光线的强度达到最弱时，停止旋转偏振片。这就表明偏振片的偏振化方向平行于入射面。然后，缓慢转动载物台，即不断变化入射角，这时，望远镜中的反射的光强度也会不断的变化。在载物台转到一特定位置时，望远镜中的反射光线会完全地消失，即此反射光就是完全偏振光[11]。 (责任编辑：qin) |