一种利用等厚干涉测量液体折射率的方法
- 格式：pdf
- 大小：208.48 KB
- 文档页数：2
种利用等厚干涉测量液体折射率 的方法
陈 刚 孙 士 祥 刘 浩 陈 红
（ 南京信息职业技 术学院微 电子学院， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ４ ６ ）
摘 要： 根 据 等 厚 干 涉的 原理 提 出 了一种 简易 的测 量液 体 折射 率 的方 法 ， 通过 实验 获得 了准确 的结 果 。指 出了误 差主 要 来 源 。 推 导 了误 差公式， 分析 了误差的大小。结果表 明， 本方法简单方便 ， 可以避免很 多因素对测量结果的影响， 误 差可控。 关键词 ： 等厚干涉 ； 液体折射率； 测量 ； 简易
图 １等厚干涉原理 图 图 ２测量原理图 若入射波长 ） Ｌ ， 由等厚干涉原理 ， 干涉条纹间距 Ｌ满足 ：
２
足：
一
（ Ｌ １ ｌ ） Ｊ
图 ３ 实验 装 置 图 （ ２ ） 图 ４ 实验 条纹 照 片
将液体滴入劈尖 中， 若液体 的折射率为 ｎ ， 此时条纹 间距 Ｌ ｌ 满
虚线 为水和空气的边界 ， Ａ、 Ｂ处两侧 暗纹对齐 ， Ａ Ｂ之间为测量 范围， 空气部分从 Ａ到 Ｂ有 １ ０条暗纹则 Ｎ＝ ９ ， 水部分有 １ ３ 条暗纹 ， （ ３ ） 则Ｎ ＝ １ ２ ； 由（ ８ ） 式得 ： 一Ｎ 里 ：１ ３ ３ ３ Ｍ ９ 该 方法 主要 问题 是 ，两 次 测 量很 难 保 证 楔 角 ０ 不 发 生 变化 ， 由 （ １ ） 、 （ ２ ） 式可知 ， 在０ 很 小 的情 况 下 ， ０的微小 变 化 ， 对 条纹 的 间距 产 同理 ， 测得 其 他条 纹 数 据及 测 量 结果 ， 见表 １ 。 表 ｌ几组 条 纹数 据 生 巨大 的影 响 ， 最终 影 响 测量 结 果 。 文献【 ６ 】 的方法可消除这一 问题 ， 将少量待测液体滴人劈尖 ， 劈 Ｎ ５ １ ｆ ４ ８ Ｉ ４ ４ Ｉ ４ １ 尖 中部分被液体填充 ， 部分仍为空气 ， 分别测量空气 中和液 体对 应 Ｍ ３ ８ Ｉ ３ ６ Ｉ ３ ３ Ｉ ３ １ 的条纹间距 ， 同样 由（ ３ ） 式可 以得到测量结果 。此时楔角 ０是不变 ｎ １ ． ３ ４ ２ Ｉ １ ． ３ ３ ３ ｌ １ ． ３ ３ ３ Ｉ １ ． ３ ２ ３ 的， 但空气和待测液体处于劈尖的不同部位 ， 不同部位 细微 差别 都 ， ｚ １ ． ３ ３ ２ 会 影 响测 量 结果 。 如果两片玻璃的表 面出现不易察觉的弯曲， 会引起干涉条纹 ４误差分析 测量误差 主要来源于对条纹对齐点 Ａ Ｂ的判断。可以判定前面 的弯曲或者条纹间距 的不均匀 ， 导致测量误差 的增大 ， 甚至无法 测 量。 组条纹对齐 ， 也可能判 断后一条纹对齐 ， 则单组条纹对齐判断引 为了解决这一 问题 ， 在文献［ ６ 】 方法 的基础上 ， 本文提出了新的 起误 差 范 围 Ａ ｎ ｌ Ｉ Ｍ 旦一 Ｉ ： ， 二 ！ ＿ － ： ＋１ ＭＩ （ 肘 ＋１ ） Ｍ Ｍ ＋１ 测量方法。如 图 ２为干涉条纹分布 ， 曲线 Ａ Ｂ为待测液体和空气的 边界 ， Ａ Ｂ上方为待测液体干涉条纹 ， 下方为空气干涉条纹 。 起末两组判断 ， 误差范围为 ： Ａ， ｌ ：— ２ ｎ－ ２ Ａ点和 Ｂ点两侧 的暗条纹恰好对齐 ， 不妨设 Ｂ处比 Ａ处膜厚。 肘 ＋１ （ ９ ） 对 于空气条纹 ， Ａ， Ｂ处应满足干涉相消的条件 ：
１ 引言
折射率是光学领域的一个基本参数 ， 折射率除了能反映材料 的 ２ ＋ 号 ＝ Ａ ＋ 号 （ ４ ） 光学性 能以外还能反映材料的介 电常数 、 纯度 、 浓度 以及色散等性 ２ ｈ ＋ 詈＝ （ ＋ 肘） Ａ ＋ 詈 ， 等 。有很多液体材料 比如说液晶的折射率是重要的一个参数 ， 准确 的测量液体材料的折射率在很多情况下是非常重要的。 其中： ｈ Ａ ， ｈ Ｂ 为 Ａ， Ｂ处膜厚 ， ｋ 、 ｋ ＋ Ｍ分别为为 Ａ、 Ｂ处干涉级次 ， 测量液体折射率 的方法很多［ １ ］ ， 按测量原理可分为折射法 ， 全反 为 入 射光 真 空 波长 。 射法 ， 干涉法 ， 以及薄膜法 ， 椭圆偏 光法 。折射 法的基本原理是折射 Ｂ处 干 涉级 次 比 Ａ处 高 Ｍ 级 ， 则 在 空 气 侧从 Ａ到 Ｂ ， 共 有 Ｎ＋ ｌ 定律阁 。 主要用于学生实验， 测量精度不够高。 全反射法是根据全反 条 条 纹 。 射原理 ， 让光线从液体射 向空气测量 出临界角 Ｃ ， 就可获得折射 率 ， 式（ ５ ） 一 （ ４ ） 得 ２ （ 一 ） ： （ ６ ） 阿贝折射仪就是运用这个原理。干涉法将光分为两束 ， 让一束经过 待测液体， 另一束不经过待测液体 ， 将两束光干涉叠加 ， 然后根据条 同理 ， 由待测 液 体 条纹 ， 可 得 ２ ｎ （ ％一 ） ＝Ⅳ 入 （ ７ ） 纹 的性质判断光程差 ， 再 由光程差反推液体的折射率 。薄膜法就 是将液体注入一定 间距两片平板玻璃之间 ，构成一液体光学膜 ， 测 其中 ， ｎ 为液体折射率 ， Ｎ为 Ｂ处与 Ａ处干涉级次之差 。即在液 量光学膜 的透射和反射率 ，再根据薄膜光学的知识求 出液体折射 体侧从 Ａ到 Ｂ， 共有 Ｎ ＋ Ｉ 条条纹。 率 。椭 圆偏振法用椭圆偏振光照射液体薄膜 ， 将反射光的偏振状态 式（ ７ ） ／ （ ６ ） 得 ： 肘 （ ８ ） 与入射 光比较求 出液体的厚度与折射率 ， 椭偏仪 的原理就是如此。 本文提出一种根据等厚干涉原理 ，简易的液体折射率 的测量方法 ， 由式（ ８ ） 可知 ， 待测液体 的折射率为两侧对应条纹数之 比。 与ｍ等文献不 同的是 ， 本方法对实验条件要求不高 ， 无需测量条纹 ３ 实验 过 程 和结 果 ３ ． １实验装置 ・ 间距 ， 能够排 除很 多因素对测量结果 的影 响 ， 测量 简单 ， 但 精度很 高。 实验装置如图 ３ 所示 ， 实验以钠灯为入射 光源 ， 读数显微镜为 ２ 原 理 ： 观察仪器 。以液态水为测量对象 。 由文献［ ５ 】 ， 将两片平板玻璃 ， 在一端 夹一根细丝制成楔角 ０的 ３ ． ２实 验 过程 与 结果 劈尖 ， 如图 １ ， 单色光从 正上方 向下 入射 ， 在空气薄 膜上下表 面反 滴一滴水在两片玻璃之间 ， 不需要充满 ， 一部分水膜， 其余 为空 气膜 。观察到条纹如图 ４ ， 上部条纹对应空气膜 ， 下部条纹对应 的为 射， 形 成 等厚 干 涉 条纹 ； 水膜 。
本文提出一种根据等厚干涉原理简易的液体折射率的测量方法等文献不同的是本方法对实验条件要求不高无需测量条纹间距能够排除很多因素对测量结果的影响测量简单但精度很原理由文献5将两片平板玻璃在一端夹一根细丝制成楔角兹劈尖如图1单色光从正上方向下入射在空气薄膜上下表面反射形成等厚干涉条纹
科 技 创 新
一
２ ０ １ ３ 年 第７ 期ｌ 科技创新与应用
