基于菲涅尔公式测量折射率的实验方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于菲涅尔公式测量折射率的实验方法及装置，采用激光笔作为入射光的光源，激光笔前方加设偏振片用于改变入射光的偏振方向；分别使线偏振光的透振方向平行于入射面和垂直于入射面，将线偏振光以45°角入射到待测样品表面上，保证两种情况下入射光强度相等，然后通过与电脑连接的CCD摄像头采集两种情况下的反射光强度I1、I2；根据菲涅尔公式折射定律即可计算得出待测样品的折射率。本发明专利技术能够方便、快速地测量样品反射的偏振光的强度，将测量结果代入菲涅尔公式即可求得折射角，从而准确地测定固体或液体的折射率；实验装置结构简单，操作调整方便。

【技术实现步骤摘要】
基于菲涅尔公式测量折射率的实验方法及装置
本专利技术涉及物体折射率测量
，尤其涉及一种基于菲涅尔公式测量折射率的实验方法及装置。
技术介绍
在相关物理实验过程中，经常要检测固体或液体的折射率，工业试验时常用阿贝折射计、分光计等仪器进行测量。虽然阿贝折射计精度高，但结构复杂、造价较高；分光计虽然对折射角测量准确，但其调试难度大，因此使用有一定的局限性；折射率的测定装置都是根据折射定律的原理设计的，折射定律中的入射角在实验操作中能准确控制，但是要准确测量固体或液体的折射角有一定的难度，而折射角的测量精度对于计算折射率是至关重要的。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于菲涅尔公式测量折射率的实验方法及装置，能够方便、快速地测量样品反射的偏振光的强度，将测量结果代入菲涅尔公式即可求得折射角，从而准确地测定固体或液体的折射率；实验装置结构简单，操作调整方便。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：基于菲涅尔公式测量折射率的实验方法，包括如下步骤：1)采用激光笔作为入射光的光源，激光笔前方加设偏振片用于改变入射光的偏振方向，经偏振片后的入射光为线偏振光；2)分别使线偏振光的透振方向平行于入射面和垂直于入射面，将线偏振光以45°角入射到待测样品表面上，保证两种情况下入射光强度相等，然后通过与电脑连接的CCD摄像头采集两种情况下的反射光强度I1、I2；3)根据菲涅尔公式，可以得到：式中，E1为线偏振光的透振方向平行于入射面时反射光的场强振幅大小；E2为线偏振光的透振方向垂直于入射面时反射光的场强振幅大小；θ0为折射角；E为入射光的场强振幅大小；4)由I1＝KE12，I2＝KE22，得出折射角θ0为：将公式1代入折射定律得到待测样品的折射率：式中，n为空气的折射率。用于实现所述方法的基于菲涅尔公式测量折射率的实验装置，包括实验平台、固定架、样品槽、激光笔、CCD摄像头及计算机；所述固定架和样品槽设于实验平台上，样品槽用于盛放待测的固体或液体；激光笔通过固定架设置在样品槽的外上方，CCD摄像头通过固定架设置在与激光笔相对的一侧；激光笔的前端激光束出射方向固定有偏振片，CCD摄像头位于激光束的反射光束上，CCD摄像头的信号输出端通过数据线连接计算机。所述实验平台由底座、调节脚、横向水准泡、纵向水准泡组成，底座的底部四周分别设调节脚，底座上平面分别设横向水准泡和纵向水准泡。所述固定架由立杆、横杆、横杆连接滑块、激光笔连接滑块、摄像头连接滑块及固定螺栓组成；所述立杆为2个，间隔且竖直地固定在底座上，横杆两侧分别通过横杆连接滑块与立杆连接；激光笔连接滑块设于横杆一端，激光笔设于激光笔连接滑块上；摄像头连接滑块设于横杆另一端，CCD摄像头设于摄像头连接滑块上；横杆连接滑块的高度、激光笔连接滑块的水平位置、摄像头连接滑块的水平位置、激光笔的角度、CCD摄像头的角度均可单独调整，调整后在对应连接处分别通过固定螺栓锁紧固定。所述CCD摄像头的像素不小于1200W，分辨率不小于1280×720ppi，成像距离为20～40cm。所述激光笔为功率不小于100mw，波长500～560nm的绿光激光笔。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)采用本专利技术所述实验方法及装置能够方便、快速地测量样品反射的偏振光的强度，将测量结果代入菲涅尔公式即可求得折射角，从而准确地测定固体或液体的折射率；2)装置结构简单，操作调整方便；3)CCD摄像头的测量数据直接输入计算机，通过计算机程序自动计算折射率，减少人为误差，进一步提高测量精度。附图说明图1是本专利技术所述基于菲涅尔公式测量折射率的实验装置的主视图。(计算机未示出)图2是本专利技术所述基于菲涅尔公式测量折射率的实验装置的俯视图。(激光笔、CCD摄像头及计算机未示出)图3是本专利技术所述基于菲涅尔公式测量折射率的实验装置的左视图。(激光笔、CCD摄像头及计算机未示出)图4是本专利技术所述固体或液体折射原理图。图5a是光矢量平行于入射面时入射光及反射光电场强度示意图。图5b是光矢量垂直于入射面时入射光及反射光电场强度示意图。图中：1.实验平台11.底座12.调节脚13.横向水准泡14.纵向水准泡2.固定支架21.立杆22.横杆3.激光笔4.CCD摄像头5.样品槽6.横杆连接滑块7.激光笔连接滑块8.摄像头连接滑块9.固定螺栓具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：本专利技术所述基于菲涅尔公式测量折射率的实验方法，包括如下步骤：1)采用激光笔作为入射光的光源，激光笔前方加设偏振片用于改变入射光的偏振方向，经偏振片后的入射光为线偏振光；2)分别使线偏振光的透振方向平行于入射面和垂直于入射面，将线偏振光以45°角入射到待测样品表面上，保证两种情况下入射光强度相等，然后通过与电脑连接的CCD摄像头采集两种情况下的反射光强度I1、I2；3)根据菲涅尔公式，可以得到：式中，E1为线偏振光的透振方向平行于入射面时反射光的场强振幅大小；E2为线偏振光的透振方向垂直于入射面时反射光的场强振幅大小；θ0为折射角；E为入射光的场强振幅大小；4)由I1＝KE12，I2＝KE22，得出折射角θ0为：将公式1代入折射定律得到待测样品的折射率：式中，n为空气的折射率。如图1-图3所示，本专利技术所述基于菲涅尔公式测量折射率的实验装置，包括实验平台1、固定架2、样品槽5、激光笔3、CCD摄像头4及计算机；所述固定架2和样品槽5设于实验平台1上，样品槽5用于盛放待测的固体或液体；激光笔3通过固定架2设置在样品槽5的外上方，CCD摄像头4通过固定架2设置在与激光笔3相对的一侧；激光笔3的前端激光束出射方向固定有偏振片，CCD摄像头4位于激光束的反射光束上，CCD摄像头4的信号输出端通过数据线连接计算机。所述实验平台1由底座11、调节脚12、横向水准泡13、纵向水准泡14组成，底座11的底部四周分别设调节脚12，底座11上平面分别设横向水准泡13和纵向水准泡14。所述固定架2由立杆21、横杆22、横杆连接滑块6、激光笔连接滑块7、摄像头连接滑块8及固定螺栓9组成；所述立杆21为2个，间隔且竖直地固定在底座11上，横杆22两侧分别通过横杆连接滑块6与立杆21连接；激光笔连接滑块7设于横杆22一端，激光笔3设于激光笔连接滑块7上；摄像头连接滑块8设于横杆22另一端，CCD摄像头4设于摄像头连接滑块8上；横杆连接滑块6的高度、激光笔连接滑块7的水平位置、摄像头连接滑块8的水平位置、激光笔3的角度、CCD摄像头4的角度均可单独调整，调整后在对应连接处分别通过固定螺栓9锁紧固定。所述CCD摄像头4的像素不小于1200W，分辨率不小于1280×720ppi，成像距离为20～40cm。所述激光笔3为功率不小于100mw，波长500～560nm的绿光激光笔。本专利技术所述基于菲涅尔公式测量折射率的实验方法采用菲涅耳公式来测量固体或液体的折射角，其主要设计原理如下：如图4所示，根据折射定律有：nsinθ＝n0sinθ0，式中θ与θ0分别为入射角和折射角,n与n0分别为空气的折射率和待测样品的折射率。根据菲涅耳公式，折射角的计算过程如下：(1)平行入射情况:光矢量平行于入射面时，如图5a所示，(图中K、K1、K0分别表示入射光、反射光及折射光的光矢量，E、E本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于菲涅尔公式测量折射率的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采用激光笔作为入射光的光源，激光笔前方加设偏振片用于改变入射光的偏振方向，经偏振片后的入射光为线偏振光；2)分别使线偏振光的透振方向平行于入射面和垂直于入射面，将线偏振光以45°角入射到待测样品表面上，保证两种情况下入射光强度相等，然后通过与电脑连接的CCD摄像头采集两种情况下的反射光强度I1、I2；3)根据菲涅尔公式，可以得到：

【技术特征摘要】
1.基于菲涅尔公式测量折射率的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采用激光笔作为入射光的光源，激光笔前方加设偏振片用于改变入射光的偏振方向，经偏振片后的入射光为线偏振光；2)分别使线偏振光的透振方向平行于入射面和垂直于入射面，将线偏振光以45°角入射到待测样品表面上，保证两种情况下入射光强度相等，然后通过与电脑连接的CCD摄像头采集两种情况下的反射光强度I1、I2；3)根据菲涅尔公式，可以得到：式中，E1为线偏振光的透振方向平行于入射面时反射光的场强振幅大小；E2为线偏振光的透振方向垂直于入射面时反射光的场强振幅大小；θ0为折射角；E为入射光的场强振幅大小；4)由I1＝KE12，I2＝KE22，得出折射角θ0为：将公式1代入折射定律得到待测样品的折射率：式中，n为空气的折射率。2.用于实现权利要求1所述方法的基于菲涅尔公式测量折射率的实验装置，其特征在于，包括实验平台、固定架、样品槽、激光笔、CCD摄像头及计算机；所述固定架和样品槽设于实验平台上，样品槽用于盛放待测的固体或液体；激光笔通过固定架设置在样品槽的外上方，CCD摄像头通过固定架设置在与激光笔相对的一侧；激光笔的前端激光束出射方向固定有偏振片，CCD摄像头位于激光束的反射光束上，CCD摄像...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杨，赵辉，徐金玲，修畅，
申请(专利权)人：鞍山师范学院，
类型：发明
国别省市：辽宁,21