菲涅爾公式測有機材料折射率(S光)最初稿1

1、韶 關 學 院畢 業(yè) 論 文 題 目：菲涅爾公式測有機材料折射率（S光） 學生姓名： 吳學 號： 系（院）： 物理與機電工程學院（物理系）專 業(yè)： 物理專業(yè)班 級： 指導教師姓名及職稱： 起止時間： 2014 年 11 月 2015 年 3 月菲涅耳定律測有機薄膜的折射率（S光）摘要：電磁波通從一種介質(zhì)通過到另一種介質(zhì)的分界面時會發(fā)生全反射和折射，這一關系可以用菲涅爾公式表達出來。而有機物折射率的測定對現(xiàn)代生活、生產(chǎn)、科學研究有著重要的意義，例如，相對于液體來說，衡量液體有機物純度的標準，液體折射率比沸點更可靠，對于有機薄膜來說，準確的測出其折射率使其有效的發(fā)揮作用。本實驗根據(jù)菲涅爾定律來對有

2、機材料折射率（S光）進行測量關鍵字：折射率、有機材料、菲涅爾公式摘要英語翻譯：Through electromagnetic waves pass from one medium to another medium interface happens when the total reflection and refraction,this relationship can be expressed with Fresnel formula.The determination of organic matter refractive index of modern life,the produ

3、ction,scientific research has important significance.Relative to the liquid,for example,the standards of purity of liquid refractive index is more accurate to measure the refractive index to make it work effectively.關鍵字英語翻譯：index of refraction、organic material、Fresnel formula 目錄一、引言二、實驗器材三、實驗原理 3.1、

4、菲涅爾公式 3.2、S光的反射率與折射率的關系4、 實驗方法5、 結論六、感言參考文獻菲涅耳定律測有機薄膜的折射率（S光）班級：2011級物理學2班 作者：吳粵麗指導老師：羅洋城 職稱：副教授引言： 現(xiàn)代社會發(fā)展、社會生產(chǎn)與科學研究中，有機材料的應用非常廣泛，所以對有機材料的各種物理參數(shù)測定顯得尤其重要，而有折射率是有機材料的光學性質(zhì)的一個重要參數(shù)。而在近代科學中，太陽能電池相關的有機薄膜材料、簡單判斷液體的純凈度、有機薄膜電容，等等這些方面，精確測量他們的折射率有著至關重要的意義。而測量有機材料折射率的方法有好多，例如：測量晶體折射率的最小偏向角法1、45°棱鏡法1、電光調(diào)節(jié)法1，

5、測量玻璃折射率的直角照準法和F-P干涉法2，以及全反射法3、激光干涉法，等等。而這次測量有機材料折射率的測量（S光）實驗是依據(jù)菲涅爾定律來進行的。二、實驗器材GG-激光功率計（含探頭，如圖（1），HJ-長壽命激光電源（含氖激光發(fā)射器，如圖（2），偏振片（如圖（3），樣品（如圖（4）。 圖（1）GG-激光功率計圖（2）HJ-長壽命激光電源圖（3）偏振片圖（4）樣品三、實驗原理3.1 菲涅爾公式 因射角的改變而變化的關系式，統(tǒng)稱菲涅耳公式。它反映了電磁波在不同媒質(zhì)分界面處反射與折射的規(guī)律。在光波通過兩種不同透明介質(zhì)的分界面的時候，會發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在任意時刻，入射波、反射波和折射波的電矢量都可

6、以由兩個分量合成，一個分量垂直于入射面，另一個分量平行于入射面。（圖示為各個分量的正方向） 平行于入射面的分量用p表示，垂直于平行面的分量用s表示。用i1、i1´以及i2分別表示入射角、反射角以及折射角，這3個量共同確定了入射波、反射波、折射波的傳播方向。分別用A1、A1´和A2來表示入射光、反射光、折射光的電矢量振幅，而它們相應的平行分量個垂直分量分別為AP1、AP1´、AP2和AS1、AS1´、AS2。這幾個光波的傳播方向都是明確的，所以這幾個光波的矢量可以通過右手螺旋定則來確定。反射、折射瞬間的電矢量與入射電矢量之間的關系如下（由菲涅爾公式表示）：

7、 (1) (2) (3) (4)在以上公式中，式（1）和式（2）表示反射光的兩個電矢量振幅分量與入射光的兩個對應分量之比；式（3）和式（4）便是折射光與入射光兩個對應分量之比，其中正負號表示振動方向的變化。（下圖為菲涅爾公式示意圖） 圖（5）菲涅爾公式示意圖圖（a）是三維圖像 圖（b）是二維圖像3.2 s光的反射率與折射率的關系 讓一束偏振光從空氣射入到折射率為n的介質(zhì)（樣品）上，如圖（5）b所示，i1為入射角，i1´為反射角，i2為折射角。AP1、AP1´、AP2和AS1、AS1´、AS2分別表示入射光、反射光和折射光平行和垂直于入射面的電矢量振幅，為S光在介質(zhì)

8、（樣品）界面的折射率。 當偏振光S垂直入射時，由公式（1）可得出： （5）根據(jù)折射率公式 ，得出： （6）由圖（5）b可知， ，所以 ;,則有 (7)根據(jù)反射率定義式,可得 (8) (9)則可得到 (10)四、實驗過程實驗裝置示意圖如圖（6）所示實物圖示意圖 圖 （6） 圖（6）中，A為HJ-長壽命激光電源；B為偏振片；C為分光器平臺；D為樣品；E為激光功率探頭。 1、調(diào)節(jié)儀器首先將樣品放于分光計平臺上，并使其垂直于分光計平臺。再測量先調(diào)節(jié)好激光光束和分光計平臺，使激光可以照射到樣品。轉(zhuǎn)動分光計的圓盤，調(diào)節(jié)好分光計的傾斜度，仔細觀察光線是不是與反射光纖在同一水平面上，如果不是，就要調(diào)節(jié)激光器和

9、分光計平臺的傾斜度，直到使得入射光線和反射光線在同一水平線上。 2、測量數(shù)據(jù)當儀器調(diào)節(jié)好了之后，不要再去動儀器，然后就可以開始測量。首先要旋轉(zhuǎn)分光計圓盤，讓反射光線和入射光線重合（反射光線照射進就激光發(fā)射器的發(fā)射口中），此時就是樣品表面的法線位置，記下此時分光計圓盤的讀數(shù)，為了方便讀數(shù)和計算，我把此時分光計的讀數(shù)調(diào)整為0°。然后將偏振片放在圖（6）中B位置那里，并且要通過調(diào)節(jié)偏振片，使入射光垂直于偏振片入射，此時入射光線的偏振光即為本實驗的S光。用激光功率計（圖6中的E）測量S光入射光強為。把激光功率計移開，使偏振光（S光）入射到樣品那里，轉(zhuǎn)動分光計的內(nèi)盤來改變?nèi)肷浣?，轉(zhuǎn)動的角度大小

10、即為入射角的大小，每次轉(zhuǎn)動5°用激光功率計探頭測量一次反射光光強并記錄。實驗數(shù)據(jù)如表（1）所示，其中將角度轉(zhuǎn)換成了弧度，以為角度為5°的時候測量結果沒有代表性，故表（1）由10°（0.17453弧度）開始。數(shù)據(jù)測量15組。測量數(shù)據(jù)如下表所示：角度（弧度）反射率0.174530.032350.26180.034310.349070.037250.436330.044120.52360.049020.610870.056860.698130.066670.78540.080390.872660.099020.959930.121571.04720.155881.134

11、460.19511.221730.262751.3090.351.396260.42745 表（1）由表（1）的數(shù)據(jù)可以擬合出偏振光（S光）的振幅反射率隨入射角變化的關系，如表（2）所示。 表（2） 從表（2）曲線圖中可以看出，樣品對偏振光（S光）的折射率隨著入射角的增加而單調(diào)增加。通過上訴推導的公式，代入實驗數(shù)據(jù)，可以計算出實驗樣品的折射率n=1.39785。實驗結果與理論推導數(shù)據(jù)相符，實驗成功。五.結論 通過菲涅爾公式推導出樣品折射率和線偏光（S光）的關系，然后再通過實驗結果擬合出線偏光（S光）隨入射角度變化而變化的曲線。最后根據(jù)擬合出的曲線得出了該樣品的折射率，n=1.39785。說明由菲涅爾公式可測出有機薄膜的折射率。6、 感言 寫完這篇論文花了我不少時間，在寫的過程中要思考，要查詢一切與之有聯(lián)系的科學理論，雖然花的時間比較長，但是在這段期間，學習到不少的東西，我很感謝那些偉大的科學家努力研究的成果。我還要感謝我的指導老師在這段時間給我的