菲涅尔公式测有机材料折射率(S光)最初稿1

1、韶 关 学 院毕 业 论 文 题 目：菲涅尔公式测有机材料折射率（S光） 学生姓名： 吴学 号： 系（院）： 物理与机电工程学院（物理系）专 业： 物理专业班 级： 指导教师姓名及职称： 起止时间： 2014 年 11 月 2015 年 3 月菲涅耳定律测有机薄膜的折射率（S光）摘要：电磁波通从一种介质通过到另一种介质的分界面时会发生全反射和折射，这一关系可以用菲涅尔公式表达出来。而有机物折射率的测定对现代生活、生产、科学研究有着重要的意义，例如，相对于液体来说，衡量液体有机物纯度的标准，液体折射率比沸点更可靠，对于有机薄膜来说，准确的测出其折射率使其有效的发挥作用。本实验根据菲涅尔定律来对有

2、机材料折射率（S光）进行测量关键字：折射率、有机材料、菲涅尔公式摘要英语翻译：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.关键字英语翻译：index of refraction、organic material、Fresnel formula 目录一、引言二、实验器材三、实验原理 3.1、

4、菲涅尔公式 3.2、S光的反射率与折射率的关系4、 实验方法5、 结论六、感言参考文献菲涅耳定律测有机薄膜的折射率（S光）班级：2011级物理学2班 作者：吴粤丽指导老师：罗洋城 职称：副教授引言： 现代社会发展、社会生产与科学研究中，有机材料的应用非常广泛，所以对有机材料的各种物理参数测定显得尤其重要，而有折射率是有机材料的光学性质的一个重要参数。而在近代科学中，太阳能电池相关的有机薄膜材料、简单判断液体的纯净度、有机薄膜电容，等等这些方面，精确测量他们的折射率有着至关重要的意义。而测量有机材料折射率的方法有好多，例如：测量晶体折射率的最小偏向角法1、45°棱镜法1、电光调节法1，

5、测量玻璃折射率的直角照准法和F-P干涉法2，以及全反射法3、激光干涉法，等等。而这次测量有机材料折射率的测量（S光）实验是依据菲涅尔定律来进行的。二、实验器材GG-激光功率计（含探头，如图（1），HJ-长寿命激光电源（含氖激光发射器，如图（2），偏振片（如图（3），样品（如图（4）。 图（1）GG-激光功率计图（2）HJ-长寿命激光电源图（3）偏振片图（4）样品三、实验原理3.1 菲涅尔公式 因射角的改变而变化的关系式，统称菲涅耳公式。它反映了电磁波在不同媒质分界面处反射与折射的规律。在光波通过两种不同透明介质的分界面的时候，会发生反射和折射现象，在任意时刻，入射波、反射波和折射波的电矢量都可

6、以由两个分量合成，一个分量垂直于入射面，另一个分量平行于入射面。（图示为各个分量的正方向） 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分别表示入射角、反射角以及折射角，这3个量共同确定了入射波、反射波、折射波的传播方向。分别用A1、A1´和A2来表示入射光、反射光、折射光的电矢量振幅，而它们相应的平行分量个垂直分量分别为AP1、AP1´、AP2和AS1、AS1´、AS2。这几个光波的传播方向都是明确的，所以这几个光波的矢量可以通过右手螺旋定则来确定。反射、折射瞬间的电矢量与入射电矢量之间的关系如下（由菲涅尔公式表示）：

7、 (1) (2) (3) (4)在以上公式中，式（1）和式（2）表示反射光的两个电矢量振幅分量与入射光的两个对应分量之比；式（3）和式（4）便是折射光与入射光两个对应分量之比，其中正负号表示振动方向的变化。（下图为菲涅尔公式示意图） 图（5）菲涅尔公式示意图图（a）是三维图像 图（b）是二维图像3.2 s光的反射率与折射率的关系 让一束偏振光从空气射入到折射率为n的介质（样品）上，如图（5）b所示，i1为入射角，i1´为反射角，i2为折射角。AP1、AP1´、AP2和AS1、AS1´、AS2分别表示入射光、反射光和折射光平行和垂直于入射面的电矢量振幅，为S光在介质

8、（样品）界面的折射率。 当偏振光S垂直入射时，由公式（1）可得出： （5）根据折射率公式 ，得出： （6）由图（5）b可知， ，所以 ;,则有 (7)根据反射率定义式,可得 (8) (9)则可得到 (10)四、实验过程实验装置示意图如图（6）所示实物图示意图 图 （6） 图（6）中，A为HJ-长寿命激光电源；B为偏振片；C为分光器平台；D为样品；E为激光功率探头。 1、调节仪器首先将样品放于分光计平台上，并使其垂直于分光计平台。再测量先调节好激光光束和分光计平台，使激光可以照射到样品。转动分光计的圆盘，调节好分光计的倾斜度，仔细观察光线是不是与反射光纤在同一水平面上，如果不是，就要调节激光器和

9、分光计平台的倾斜度，直到使得入射光线和反射光线在同一水平线上。 2、测量数据当仪器调节好了之后，不要再去动仪器，然后就可以开始测量。首先要旋转分光计圆盘，让反射光线和入射光线重合（反射光线照射进就激光发射器的发射口中），此时就是样品表面的法线位置，记下此时分光计圆盘的读数，为了方便读数和计算，我把此时分光计的读数调整为0°。然后将偏振片放在图（6）中B位置那里，并且要通过调节偏振片，使入射光垂直于偏振片入射，此时入射光线的偏振光即为本实验的S光。用激光功率计（图6中的E）测量S光入射光强为。把激光功率计移开，使偏振光（S光）入射到样品那里，转动分光计的内盘来改变入射角，转动的角度大小

10、即为入射角的大小，每次转动5°用激光功率计探头测量一次反射光光强并记录。实验数据如表（1）所示，其中将角度转换成了弧度，以为角度为5°的时候测量结果没有代表性，故表（1）由10°（0.17453弧度）开始。数据测量15组。测量数据如下表所示：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）的数据可以拟合出偏振光（S光）的振幅反射率随入射角变化的关系，如表（2）所示。 表（2） 从表（2）曲线图中可以看出，样品对偏振光（S光）的折射率随着入射角的增加而单调增加。通过上诉推导的公式，代入实验数据，可以计算出实验样品的折射率n=1.39785。实验结果与理论推导数据相符，实验成功。五.结论 通过菲涅尔公式推导出样品折射率和线偏光（S光）的关系，然后再通过实验结果拟合出线偏光（S光）随入射角度变化而变化的曲线。最后根据拟合出的曲线得出了该样品的折射率，n=1.39785。说明由菲涅尔公式可测出有机薄膜的折射率。6、 感言 写完这篇论文花了我不少时间，在写的过程中要思考，要查询一切与之有联系的科学理论，虽然花的时间比较长，但是在这段期间，学习到不少的东西，我很感谢那些伟大的科学家努力研究的成果。我还要感谢我的指导老师在这段时间给我的