1、Huzhou University半導體物理課程論文題目：_固體透明介質折射率測量方法綜述_學院：_理學院_專業(yè)：_光電信息科學與工程_班級：_20142732_學號：_2014273242_姓名：_朱琳_2015-2016-II湖州師范學院理學院本科生課程論文（文獻綜述）姓 名朱琳學院理學院班級20142732學號273242任課教師徐海濱課程名稱半導體物理專 業(yè)光電信息科學與工程論文題目固體透明介質折射率測量方法綜述關于固體透明介質折射率測量方法綜述研究文獻綜述摘 要：本文主要研究了晶體折射率的測量方法。對晶體主要以V形棱鏡法、最小偏向角法、掠入射法。另外還探討了基于幾何信息、光強、共振波

2、長調(diào)制的三種新型折射率測量方法。關鍵詞：折射率，入射法 Abstract：This paper mainly study the crystal refractive index measurement method .For crystal ,we mainly use the V-shaped crystal prism method ,minimum deviation angle method ,grazing incidence method .Also discussed based on geometric information ,light intensity ,the re

3、sonant wavelength modulation of three new refractive index measurement .Key words：Refractive index ,Glancing angle method1、前言折射率是透明物質的一個重要的物理參數(shù)，它反映了物質的基本光學性質。物質的折射率不但與它的分子結構和光線的波長有關，而且與物質的密度、溫度、壓力等因素有關。實際工作中有時也需要通過測量折射率來反求物質的密度、濃度等。因此，對折射率的測量方法研究具有重要的實際意義，而且目前折射率的測量方法很多。固體折射率的測定原理：當光線射到兩種介質的界面時，一部分反

4、射，一部分折射，如圖所示，根據(jù)折射定律有：式中和分別為第一和第二介質的絕對折射率，而稱為第二介質對第一介質的相對折射率。對光密介質底部一物體A來說，它發(fā)出的光線經(jīng)界面而折射，由于空氣是光疏介質，因而折射線遠離法線，即折射角大于入射角。我們自空氣中看去，物體好象升高到B的位置，如圖所示。在和很小時，由DCA及DCB可得： 代入上面公式可得出空氣對介質的相對折射率，式中AC為固體（或液體）的厚度，BC為固體（或液體）的視厚度，它們的值可用顯微鏡測出來。因介質對空氣的折射率為的倒數(shù)，故可得物質的折射率隨光波波長而改變（此現(xiàn)象叫色散）。因此，實驗時應當用單色光來進行測量。通常用對鈉黃光的折射率來標明介

5、質的特性。大多數(shù)液體的折射率隨溫度的改變而變化很大，因此，測液體的折射率不僅要標明波長，而且還要標明溫度。2、正文2.1、用V形棱鏡法測量光學玻璃的折射率圖1.1.1是用V形棱鏡法測量光學玻璃折射率的測量原理圖，所謂V形棱鏡是二塊光學玻璃完全相同并且已知其折射率為的直角棱鏡膠合成的一個帶有“V”形缺口的長主棱鏡。V形缺口的張角AED=90；兩個尖角為BAE=CDE=45。被測玻璃樣品P磨出兩個互成90的平面，把它放在V形鏡的V形缺口內(nèi)。由于加工的誤差，V形缺口的張角和樣品的角度都不可能是正確的90，所以樣品的兩個面和V形缺口的兩個面就不能正好貼合，需要在中間加上一些折射率和被測樣品折射率相接近

6、的液體，使兩者很好的接觸。這種具有一定折射率的液體稱為折射液，也稱浸液。一條光線沿S的方向垂直入射在V棱鏡的AB面上，然后通過V棱鏡和樣品，如果樣品的折射率和已知的V棱鏡折射率完全相等，則整個V棱鏡加上樣品P就像一塊平行平板玻璃一樣，此時光線經(jīng)過樣品P和V形缺口相接觸的兩個面上不發(fā)生光線的偏折，最后出射光線也將不發(fā)生任何偏折。如果樣品的折射率和V棱鏡材料的折射率不相同時，則光線在兩者相接觸的面上發(fā)生折射，最后出射光線相對于入射光線要產(chǎn)生一個偏折角。很明顯角的大小與樣品的折射率和已知的V棱鏡材料的折射率有關，用V形棱鏡法測量光學玻璃的折射率就是利用了這個關系，通過測量出偏折角，然后根據(jù)一定的關系

7、計算出樣品的折射率的。下面利用圖1.1.1來推導偏折角和樣品折射率之間的關系式， 圖1.1.1V形棱鏡法測量光學玻璃折射率原理圖圖1.1.1中是假定了樣品折射率大于V形棱鏡材料的折射率的情況，即對四個折射面應用折射定律：在AB面上： (1.1.1)在AE面上： (1.1.2)在ED面上： (1.1.3)在DC面上： (1.1.4)其中，是光線在AE界面上的折射方向和最初入射光線方向的夾角。是光線ED界面上的折射率方向和最初入射光線方向的夾角。從上面四組方程中可以看出只要設法消去和角，就能找出和的關系來，而V形棱鏡材料的折射率是已知的。由1.1.2式得： ( 1.1.5)由（13）式得： (1.

8、1.6)1.1.5式加1.1.6式得： ( 1.1.7)1.1.5式減1.1.6式得 ： （1.1.8）(1.1.7)2+（1.1.8）2，得到： （1.1.9）又由1.1.4式： （1.1.10） （1.1.11）將1.1.10式和1.1.11式代入1.1.9式，可得： （1.1.12） （1.1.13）1.1.13式就是用V形棱鏡法測量光學玻璃折射率所利用的關系式。角是出射光線相對于入射光線方向的偏折角。測量出角后，根據(jù)已知的V形棱鏡材料折射率，就可以計算出被測樣品的折射率。從圖1.1.1中可見，這是當?shù)墓饴非闆r，如果V形棱鏡折射率時，取正號。當 時則取負號。但是在測量前并不知道樣品折射的

9、大小，那么正負號應該怎樣決定呢：可以這樣來決定：如果相對于最初入射方向逆時針轉動測出偏折角，則取正號，反之則取負號。2.2、最小偏向角法這種方法是先將被測材料磨制成一個頂角為60角的三棱鏡，將它放在精密分光計上，測出單色光經(jīng)該棱鏡后的最小偏向角，然后根據(jù)計算公式求出折射率。這種方法目前仍然是不需要已知折射率的標準樣品而能直接測出被測材料的折射率的最精確方法，通常在精度為的分光計上，測量誤差不超過。而且被測材料折射率的大小不受限制。如圖1.2.1所示，單色平行光束沿S0方向入射到三棱鏡的AB面，經(jīng)折射后AC面出射，出射光線與入射光線的夾角稱為偏向角，當；時偏向角最小稱為最小偏向角。如果三棱鏡頂角

10、為，由幾何關系知：；利用折射定律，即可得圖1.2.1 光線經(jīng)過三棱鏡時的折射由分光計測出和，代入上式即可求出在該單色光照明時棱鏡的折射率。為了提高精度，在測量過程中還采用如下的測量方法：如圖1.2.2所示，先使光線從AB面射入，找到最小偏向角的位置，然后轉動工作臺，使光線從AC面射入，同樣找到最小偏向角的位置。從望遠鏡兩次讀出的最小偏向角的位置之差值即2。這種方法可以提高精度一倍，而且便于多次重復測量，減小測量時間。圖1.2.2 由三棱鏡兩個面入射測出2 關于棱鏡形狀及大小的要求：棱鏡的形狀應磨成等腰三角形，至小要有兩個面拋光，兩個拋光面的夾角即棱鏡的頂角，以4060為宜。當折射率較高時，應采

11、用頂角較小的棱鏡，否則對折射率的測量會有一定的限制。棱鏡的材料宜選用均勻性好、無條紋、內(nèi)應力小的光學玻璃。兩拋光面的不平度不大于四分之一光圈。、圖1.3.1 掠入射法的光路圖最小偏向角法的主要缺點是：1、制備被測棱鏡既費光學材料又費工；2、分光計的調(diào)整較復雜；3、測量最小偏向角的手續(xù)繁多，因而測量工作相當繁重。2.3、掠入射法在物理實驗中，采用掠入射法測量棱鏡折射率，如圖1.3.1所示。用單色面擴展光源(鈉光燈源前加一塊毛玻璃)照射到棱鏡AB面上。當擴展光源出射的光線從各個方向射向AB面時，以90入射的光線1的內(nèi)折射角最大，為，其出射角最小為;入射角小于90的，折射角必小于，出射角必大于;大于

12、90的入射光線不能進入棱鏡。這樣，在AC面用望遠鏡觀察時，將出現(xiàn)半明半暗的視場(圖1.3.1所示)。明暗視場的交線就是入射角為=90的光線的出射方向?？梢宰C明折射率滿足: （1.3.1）若測出明暗視場交線與AC面法線的夾角、棱鏡頂角，即可求出棱鏡折射率。3、總結這三種方法的總結，對晶體折射率測量中，都要把材料加工成一定形狀，所以相當費時，并且測量工作相當繁重，但是這幾中方法中，最小偏向角是不需要已知折射率的標準樣品而能直接測出被測材料的折射率的一種很精確的方法。近年來，光纖傳感、光譜分析、C C D測量以及計算機技術迅速發(fā)展，許多新的折射率測量方法和測量儀器也隨之產(chǎn)生。它們或對原有測量方法進行改進，或另辟蹊徑，采用完全不同的測量原理和測量手段，進而實現(xiàn)了對樣品折射率的準確、快速、自動化測量。4、參考文獻【1】石英晶體雙折