关于折射率测量介绍

[拼音]：zheshelü celiang

[外文]：measurement of refractive index

光线在折射率为n和 n┡的两种媒质光滑分界面上折射时遵守折射定律：

nsini＝n┡sini┡， (1)

i和i┡分别为入射角和折射角。常用的折射率测量方法几乎都以折射定律为基础，下面介绍其中的几种。

对于一个顶角为θ、折射率为n待测的棱镜，将它放在空气中(n1=n2=1)。当棱镜第一表面的入射角i1等于在第二表面的折射角时，偏向角达到最小值δmin，则

。 (2)

用测角仪测定 δmin(图1)和θ，便可算出n。

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±5×10-6的测量精度，是各种测量方法中精度较高的一种。

在测角仪上也可采用自准直法测量材料的折射率。如图2所示，光线在棱镜前表面的入射角为i，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所示几何关系知道，此时光线在前表面的折射角i┡与棱镜顶角θ 相等，因此根据折射定律

n＝sini/sinθ，测出i和θ，即可求得n。

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)。

具有代表性的仪器是阿贝折射仪。 图3表示折射率 n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）。 标准棱镜本身的折射率已知为 n0，在n0>n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

，

因此在仪器视场中看到与对应的明暗分界线，根据明暗分界线位置的变化便可确定 n值。假如光线逆行，则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。在度盘上根据有关公式标出一系列n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n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Δn＝±3×10-4。

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n0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)。光线通过V棱镜和试样的组合体后产生偏向角δ，测定δ（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

，

式中当n>n0时，取“＋”号，n＜n0时，取“－”号。

根据上述原理制成的V棱镜折射仪见图6。由于试样容易制备，测试手续简便，测量精度较高(±1×10-5)，这种仪器在中国光学材料工业中得到广泛应用。

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±2×10-8。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。