透明玻璃折射率的小角度反射率法和布儒斯特角法測量

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1、武漢理工大學《專業(yè)課程設(shè)計3（物理光學）》課程設(shè)計說明書目錄1.技術(shù)要求12.基本原理12.1菲涅耳公式12.2布儒斯特定律測量法的原理42.3小角度測量法的原理43.建立模型描述55.實驗，調(diào)試過程及結(jié)論76.心得體會107.參考文獻1111武漢理工大學《專業(yè)課程設(shè)計3（物理光學）》課程設(shè)計說明書透明玻璃折射率的測量1.技術(shù)要求一塊玻璃，只有一個面是光學平面，而與之相鄰的兩個面雖與之垂直，但卻是磨砂面，要求不對這塊玻璃進行加工處理，測量其折射率：(1)、要利用布儒斯特定律來測量并計算出折射率；(2)、要利用小角度入射時反射率的

2、測量來計算出折射率。(3)、(1)和(2)的結(jié)果需要相互驗證。(4)、測量入射角為60°時s光和p光的反射率2.基本原理2.1菲涅耳公式不管是布儒斯特定律測量法還是小角度測量法都是在菲涅耳公式的基礎(chǔ)上完成的。（1）s分量的菲涅耳公式圖1單獨存在s分量的情形利用邊界條件和可以推導出11武漢理工大學《專業(yè)課程設(shè)計3（物理光學）》課程設(shè)計說明書反射系數(shù)rs=ErosEios=n1cosθi-n2cosθtn1cosθi+n2cosθt（1）透射系數(shù)ts=EtosEios=2n1cosθin1cosθi+n2cosθt（2）（1）p分量

3、的菲涅耳公式圖2單獨存在p分量的情形根據(jù)邊界條件得出然后根據(jù)E,H之間的數(shù)值關(guān)系和E，H之間的正交性可以推導出反射系數(shù)rp=EropEiop=n2cosθi-n1cosθtn2cosθi+n1cosθt（3）透射系數(shù)tp=EtopEiop=2n1cosθin2cosθi+n1cosθt（4）根據(jù)菲涅耳公式考察反射光和折射光的性質(zhì)考慮到本次測量是光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)，所以討論（n1

4、幾點：（1）兩個透射系數(shù)ts和tp都隨著入射角θi增大而單調(diào)降低，即入射波越傾斜，透射波越弱，并且在正向規(guī)定下，ts和tp都大于零。（2）rs始終小于零，其絕對值隨著入射角單調(diào)增大。根據(jù)正方向規(guī)定可知在界面上反射波電場的s分量振動方向始終與入射波s分量相反。（3）對于rp，它的代數(shù)值隨著入射角θi單調(diào)增大，但是經(jīng)歷了一個由負到正的變化。反射率與透射率的關(guān)系的變化圖4反射率與透射率的關(guān)系變化Rs與Ts之間、Rp與Tp之間均存在‘互補’關(guān)系。11武漢理工大學《專業(yè)課程設(shè)計3（物理光學）》課程設(shè)計說明書2.2布儒斯特定律測量法的原理布

5、儒斯特定律來測量透明玻璃的折射率主要運用的是布儒斯特角的計算公式以及p光和s光在以布儒斯特角入射的現(xiàn)象來測量的。rp=n1cosθt-n2cosθin1cosθt+n2cosθi=-tan?(θi-θt)tan?(θi+θt)（5）存在特定的θi,使rp=0則有θi+θB=90。θB=arctan(n2/n1)（6）則對于P光來說，當入射角θi=θB，反射系數(shù)rp=0，即沒有反射光圖5光以布儒斯特角入射時s光和p光根據(jù)s光和p光的偏振特性，p光以布儒斯特角入射時，全部透射，反射光中沒有p光，s光以布儒斯特角入射時，部分反射，部分

6、透射，在反射光中有s光。本次測量就是根據(jù)這個原理。例如在測量p光的折射率時，光從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)（n1

7、sWis=Eros2Eios2=n2cosθtn1cosθi*ts2(10)在只有p分量時反射率Rp=WrpWip=Erop2Eiop2=rp2(11)透射率Tp=WrsWis=Eros2Eios2=n2cosθtn1cosθi*tp2(12)在測量的過程中只需要測出入射光和反射光的功率，則可以算出反射系數(shù)和折射系數(shù)，進而算出折射率。3.建立模型描述首先測出兩塊不同的玻璃的折射率，測得的數(shù)據(jù)如下第一塊玻璃：布儒斯特定律測量左邊θB=57.2。，右邊θB=57.8。算得n2=1.569小角度測量法入射光功率W1=0.229mW,反

8、射光功率W2=0.012uW算得n2=1.593第二塊玻璃11武漢理工大學《專業(yè)課程設(shè)計3（物理光學）》課程設(shè)計說明書布儒斯特定律測量左邊θB=59.1。，右邊θB=61.3。算得n2=1.746小角度測量法入射光功率W1=3.38mW,反射光功率W2=0.23