一种高精度测定光学零件折射率的新方法——干涉浸液法

浸液法测定光学零件折射率一直被认为是测定光学零件折射率的最简便方法之一.由于不能根据零件与液体间的界面精确判别出液体与零件折射率之间的微小差别,这就限制了浸液法用于高精度测量光学零件折射率。本文介绍的干涉浸液法是基于干涉原理,判定出液体与光学零件折射率之间的微小整别达10~(-5),不仅方法简便,而且测定精度与零件的其它参数(如焦距、像羞以及厚度、曲率半径)基本无关。     

基于改进的迈克尔逊干涉仪的液体折射率测量方法研究

液体折射率是重要光学参数之一，液体折射率参数测量在食品生产鉴定、光学加工等领域都具有重要意义。本文基于便携式迈克尔逊干涉仪，在光学减震台上加装旋转微调载物台，综合考虑旋转后容器器壁、待测液体、空气中光程差的改变量，得到液体折射率的计算公式，与阿贝折射仪测量液体折射率的值进行比较，实验测得水、不同浓度的葡萄糖溶液以及不同浓度的氯化钠溶液，平均相对误差分别为1.1%、3.3%、2.0%,实验过程中测量的最大误差为5.9%,为液体折射率测量提供了一种可行方法，实现液体折射率的测量。本文也可作为迈克尔逊干涉仪的拓展实验，对本科生的创新能力培养有重要意义。     

自制测量液体折射率的简易装置

折射率是物质的一种重要光学常数,是中学物理光学中重要实验内容.高中教材介绍了采用"插针法"测定固体(玻璃)折射率的方法,同时也渗透了一些测定液体折射率的方法,但还是以插针法为基准,测量烦琐且涉及分析光路图的边角关系.本文介绍一种结构简单、制作简易、测量方便的装置.     

利用线阵CCD测定液体折射率

采用几何光学与波动光学相结合的方法,利用CCD图像测量技术实现了透明液体折射率的自动化测量.     

基础实验试题B:测量透明固体和液体材料的折射率以及柯西关系

第9届全国大学生物理实验竞赛珠海赛区基础实验试题B为测量透明固体和液体材料的折射率以及柯西关系,试题基于光学与光学实验基本知识,考查了学生以下4方面的能力：常见光学器件的应用操作能力;举一反三,对复杂光路的分析能力;使用最小二乘法拟合分析实验数据的能力;误差分析能力.考试中,考生需完成实验方案设计,并测量透明固体和液体材料的折射率以及拟合出对应的柯西关系.     

基于迈克耳孙干涉仪及双空气劈尖测量液体折射率

折射率是介质的一个重要光学参数,对折射率的测量是光学实验中一个重要的组成部分.本实验利用双棱镜和平板玻璃制成的双空气劈尖作为盛放液体的容器,并在迈克耳孙干涉仪上增加了横向传动装置来控制双空气劈尖的移动,设计了一种测量液体折射率的实验装置.该实验方法避免了复杂的元器件加工,操作简便且测量结果较精确.     

干涉法测量液体膨胀系数的讨论

液体的折射率和液体的密度有直接关系,液体密度又与温度有关,根据已有关于透明介质的折射率公式,可得液体的膨胀系数的测量方法.迈克耳孙干涉法是测量液体折射率的温度系数的简捷的手段.用此方法得出了液体的膨胀系数,进而讨论了关于液体折射率的2个不同公式的精确程度.     

掠入射法测量液体折射率实验现象分析

掠入射法是基于全反射定律,采用几何光学原理来测量液体折射率的一种方法.文中对掠入射法测量透明液体折射率实验中出现的干涉条纹进行了定量分析,认为在分光计望远镜中观察到的干涉条纹是光线进入辅助透镜和直角棱镜间被测薄液膜干涉形成的,通过定义干涉条纹疏密度,对于薄膜引起的光程差与干涉明纹(或暗纹)间距两者间的关系进行讨论,其讨论的结果与实验结果一致.     

结合计算层析与光学相干层析测量折射率分布

通过将计算层析技术与光学相干层析技术相结合,测量散射介质非均匀折射率分布。该方法测量散射样品折射率分布时,通过光学相干层析技术测量散射样品折射率分布在多个方向上的投影,采用计算层析技术实现对样品折射率分布的层析重建,克服了传统折射率光学测量方法如单纯的基于光学相干层析原理的焦点追迹法和光程匹配法,不能测量散射介质非均匀折射率分布的缺点。采用该方法在实验中对梯度折射率棒的径向相对折射率分布进行层析重建,取得了较好的实验结果。     

模拟渐变折射率光波导

介质光波导是导波器件和集成光路中用以限制和传导光波的基本构件,我们熟知的具有圆形截面的光学纤维就是介质波导的一种,然而集成光学所注重的波导往往是平面波导或条形波导。近年来,渐变折射率分布的平面波导越来越多地被应用来制作各种集成光学的器件,所以研究和了解渐变折射率分布波导的特性是很重要的。我们用简单的装置、简单的方法使液体折射率随深度的不同而渐变,并且用A.J.Barnard方法测得液体在某一时刻的     

最小偏向角法测三棱镜折射率的相图探究

三棱镜折射率的测量是大学物理实验的重要组成部分,对培养学生的基本实验技能、加深对经典光学理论的理解具有重要作用。本文依据几何光学原理探究了最小偏向角法中在有出射光时最小偏向角与三棱镜顶角、折射率所对应的函数关系,建立了有出射光时入射角、折射率、顶角间以及最小偏向角时折射率、顶角、最小偏向角间的相图,阐明了两相图的物理意义。该研究拓展了三棱镜折射率实验的研究思路。     

模拟实验研究最小偏向角的规律

用分光计测量三棱镜折射率是一个间接测量实验,通过测量三棱镜的顶角和最小偏向角来计算获得折射率．本文通过编译程序模拟实验,描绘出偏向角随入射角、折射率变化的规律,进一步研究了最小偏向角与折射率间的对应关系．     

基于传输矩阵法讨论光疏介质表面的全反射

探究了光在光密介质与超薄光疏介质界面处的全反射,通过在光密介质中嵌入一光疏介质薄层,利用传输矩阵法,定量地分析了入射角度以及光疏介质的厚度对反射率的影响.数值模拟结果表明,当光疏介质的厚度小于约一个波长时,即使入射角大于全反射的临界角,反射率也不一定会达到1,也就是说,光学隧道效应将会出现.     

Geometrical optics approximation for light scattering by absorbing spherical particles

By means of geometrical optics, an approximation method is presented to compute the light scattering intensity of absorbing spherical particles illuminated by a plane wave. For absorbing particles, the effective refractive index and the effective refractive angle are related to the complex refractive index and incident angle. The formulas for calculation of the break of phases of reflection and refraction, which are different from the case of transparent particles, are exactly derived. Verification of the geometrical optics approximation (GOA) was performed by case studies and comparison of the present results with the Mie scattering. It is found that agreement between the GOA and the Mie theory is excellent in forward directions for weakly/moderately absorbing particles. Differently, for strongly absorbing particles, good agreement between the calculation methods is in the forward directions and large scattering angles. The agreement between the GOA and the Mie theory is better for larger particles.     

基于平行平板的折射率高精度非接触测量

常用的测量折射率的方法如偏向角法、自准直法、临界角法、 V棱镜法等,这些方法通常需特制三棱镜与待测件。待测样品不一致且过程复杂,测试定标周期长,难于自动化。为了保证待测材料的完整及实现自动化测量,进行了基于平行平板的折射率非接触测量的尝试。运用该方法进行折射率的测量,不需特制三棱镜并且待测件与待测样品一致。分析表明,通过选择合适的测量角度,该方法旋转角度精度为a=0.003（即10）,导轨精度为L=0.000 8 mm,平行平板厚度测量精度为d=0.001 mm。     

模拟实验研究最小偏向角的规律

本文通过编译程序模拟实验,描绘出偏向角随入射角、折射率变化的规律,进一步研究了最小偏向角与折射率间的对应关系。     

小入射角条件下气动光学成像偏移

针对超声速飞行器在大气中飞行时由于气动光学效应产生的成像偏移,推导了光线偏折角和流场折射率梯度之间的关系,给出了小入射角情况下,离散折射率场光线偏折角的一种计算方法;利用不同流场的计算流体力学数据计算出对应的折射率场;使用光线追迹法得到光线通过不同流场后的偏折角和传播路径上的折射率梯度分布。仿真结果表明,新的偏折角计算方法所得结果在入射角小于30°时与Runge-Kutta和Snell光线追迹法具有很好的一致性;同一高度下小入射角时,光线的偏折角并不随着飞行速度的增加而增加,而是基本保持稳定;光线通过流场的偏折是正负折射率梯度区域共同作用的结果,负的折射率梯度区域可以减少光线偏折,起到部分"校正"作用。     

Optical coherence refractometry

We introduce a novel approach to refractometry using a low coherence interferometer at multiple angles of incidence. We show that for plane parallel samples it is possible to measure their phase refractive index rather than the group index that is usually measured by interferometric methods. This is a significant development because it enables bulk refractive index measurement of scattering and soft samples, not relying on surface measurements that can be prone to error. Our technique is also noncontact and compatible with in situ refractive index measurements. Here, we demonstrate this new technique on a pure silica test piece and a highly scattering resin slab, comparing the results with standard critical angle refractometry.     

利用布儒斯特角测定透明薄膜的折射率

本文以光波在分层媒质中的传播理论及布儒斯特角原理为基础讨论了均匀媒质薄膜的折射率测量，为均匀媒质薄膜折射率的测量提供了一种简单的方法。     

迈克尔逊干涉仪测透明介质厚度及折射率

提出了使用用迈克尔逊干涉仪,改变光源入射方式及观测方式以获得稳定、清晰等厚干涉现象的方法.探究了在光路中插入的被测透明介质如何对等厚干涉条纹产生影响,并导出了被测介质厚度、折射率及旋转角度与等厚干涉条纹移动量之间的关系.实现对透明介质厚度、折射率进行简练、快速的同时测量.