折射率测量

折射率测量 measurement of refractive index http://www.chinabaike.com/article/baike/wli/2008/200801111128727.html    光线在折射率为和 INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111439268.jpg" \* MERGEFORMATINET 的两种媒质光滑分界面上折射时遵守折射定律： 　　　　　　　sin＝ INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111439268.jpg" \* MERGEFORMATINET sin INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111439268.jpg" \* MERGEFORMATINET ,　　　　　　  (1) 和 INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111439268.jpg" \* MERGEFORMATINET 分别为入射角和折射角常用的折射率测量几乎都以折射定律为基础，下面介绍其中的几种。 　偏向角法　对于一个顶角为、折射率为待测的棱镜,将它放在空气中( INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111444424.jpg" \* MERGEFORMATINET = INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111444106.jpg" \* MERGEFORMATINET =1)。当棱镜第一表面的入射角 INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111444424.jpg" \* MERGEFORMATINET 等于在第二表面的折射角[1218-03]时，偏向角达到最小值[MIN1]，则               [1218-04]。           (2)用测角仪测定 [min1](图1[最小偏向角法测量原理图示])和，便可算出。 　用精度不低于1角秒的大型精密测角仪,采用最小偏向角法测定固体光学材料的折射率，可获得±5×10的测量精度，是各种测量方法中精度较高的一种。 　自准直法　在测角仪上也可采用自准直法测量材料的折射率。如图2[自准直法测量原理图示]所示,光线在棱镜前表面的入射角为,如果折射光线OC刚好垂直于棱镜后表面BD,则反射后的光路COS与入射光路SOC重合,称为自准直光路。由图 2[自准直法测量原理图示]所示几何关系知道，此时光线在前表面的折射角 INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111439268.jpg" \* MERGEFORMATINET 与棱镜顶角 相等，因此根据折射定律 　　　　　　　　＝sin/sin，测出和，即可求得。 　在测角仪上通过观察和调整来建立最小偏向角光路或者自准直光路,不仅麻烦,且有主观误差，近年来，中国在数字式测角仪的基础上研制了全自动折射仪，在这种仪器上用最小偏向角法或自准直法测折射率时能自动寻的，测量结果也能自动处理。测定波长范围可扩展到紫外和红外(0.2～15微米)。 　临界角法　具有代表性的仪器是阿贝折射仪。 图3[临界角法测量原理图示]表示折射率 待测的液体试样涂布在该仪器两块棱镜的接触面间（测固体试样时不需要进光棱镜）。 棱镜本身的折射率已知为 INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111450955.jpg" \* MERGEFORMATINET ，在 INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111450955.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111450620.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111438641.jpg" \* MERGEFORMATINET [kg2]的条件下，光线折射进入标准棱镜。光线入射角不会超过90°，由折射定律知道折射角不会超过              [1218-05]，因此在仪器视场中看到与[1219-1]对应的明暗分界线,根据明暗分界线位置的变化便可确定 值。假如光线逆行，则[1219-1]正好是发生全反射的临界角，因此称为临界角法。 　阿贝折射仪的光学系统见图 4[中国产阿贝折射仪的光路系统]。在度盘上根据有关公式标出一系列值,当分划板的叉丝中心对准明暗分界线时，可直接由度盘读出被测试样的值,使用很方便。阿米奇棱镜用来消除分界线上的色散现象，因此，虽然采用白光而不用单色光源，仍能得到无色而清晰的明暗分界线。阿贝折射仪的折射率测量范围为1.3～1.7，精度[kg1] INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111438641.jpg" \* MERGEFORMATINET ＝±3×10。 　V棱镜法　V棱镜由其形状得名，用相同材料的一大一小两个直角棱镜胶合而成，其折射率 INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111450955.jpg" \* MERGEFORMATINET 已知。被测试样形状不拘，但要有一个直角,涂上适当浸液，放入V棱镜90°槽中(图5[V棱镜折射仪的测量原理图])。光线通过V棱镜和试样的组合体后产生偏向角,测定（按光线向上或向下偏折定正负）便可由下式算出试样折射率          [1219-01]，式中当 INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111450620.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111438641.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111450955.jpg" \* MERGEFORMATINET 时，取“＋”号， INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/200811111150734.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111438641.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.chinabaike.com/article/UploadPic/2008-1/2008111111450955.jpg" \* MERGEFORMATINET 时，取“－”号。 　根据上述原理制成的V棱镜折射仪见图 6[中国产V棱镜折射仪]。由于试样容易制备，测试手续简便，测量精度较高(±1×10)，这种仪器在中国光学材料工业中得到广泛应用。 　气体折射率的测量　上述四种常用的测量方法可以统称测角法，主要用于固体材料的折射率测量，其中临界角法（阿贝折射仪）也常用来测液体的折射率。至于气体的折射率，往往要用干涉法测量。在实验室中用瑞利干涉折射仪测气体折射率，精度可达±2×10。煤矿用的沼气检定仪实际上也是一种干涉折射仪，它可以根据矿井中大气折射率的变化确定甲烷含量是否已达到危险的程度。 　　　　　　　　　　　　　　　　　李锡善