CN202599829U - 一种布儒斯特角的测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种布儒斯特角的测量装置，所述装置包括光源、分光计和起偏元件，所述分光计包括平行光管、望远镜和载物台，待测介质放置在所述载物台上，所述光源发出的入射光从所述平行光管射向待测介质，并从待测介质上反射出射光进入所述望远镜；所述平行光管的前部设有透光轴与入射面相垂直的第一起偏元件和透光轴与入射面相平行的第二起偏元件。本实用新型在分光计的平行光管前设置两个透光轴相垂直的起偏元件，利用其生成的两条对比亮度较大的光线，可以在望远镜中较容易观测，从而能准确地测出了入射到待测介质上光线的布儒斯特角大小，并以此求出被测介质的折射率，利用该装置进行测量的误差基本上在1/100左右。
Description
技术领域
本实用新型属于布儒斯特角的测量领域，特别是涉及一种布儒斯特角的测量装置。
背景技术
1812年苏格兰物理学家布儒斯特(D.Brewster，1781-1868)在研究反射光的偏振程度时发现，反射光的偏振程度取决于入射角，当入射角ib与折射角r0之和等于90°，如图1所示，即反射光与折射光互相垂直时，反射光成为光振动方向与入射面垂直的线偏振光。
目前，测量布儒斯特角是根据反射光达到线偏振态时进行判定的，如图2所示，在反射光线一侧设置一个偏振片进行检偏，以偏振片(其透光轴与入射面平行)达到最暗为标准，通过人眼观察经过偏振片的光线最黑暗时的角度，确定此时达到的入射角大小为布儒斯特角。
可是，人眼对于“最暗”这一临界点很难判断，存在着较大的不确定性。由于这个原因，不同的人在测量过程中可能存在较大的偏差。因此若使用传统方法，通过人眼对布儒斯特角的测定在实际应用中还是存在较大困难的，还无法做到真正意义上的定量分析。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
本实用新型要解决的技术问题是：现有的仪器通过人眼对布儒斯特角的测定存在较大误差，无法做到真正意义上的定量分析。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种布儒斯特角的测量装置。
其中，所述装置包括光源、分光计和起偏元件，所述分光计包括平行光管、望远镜和载物台，待测介质放置在所述载物台上，所述光源发出的入射光从所述平行光管射向待测介质，并从待测介质上反射出射光进入所述望远镜；所述平行光管的前部设有透光轴与入射面相垂直的第一起偏元件和透光轴与入射面相平行的第二起偏元件。
优选地，所述望远镜的前部设有透光轴与入射面相平行的第三起偏元件。
优选地，所述光源为单色光源。
优选地，所述光源为钠光源。
优选地，所述装置还包括用于检测望远镜中图像亮度的检测仪，所述检测仪与望远镜相连接。
优选地，所述待测介质为透光或者不透光物质。
优选地，所述起偏元件为偏振片或者起偏镜。
优选地，所述第一起偏元件和第二起偏元件并排设置在平行光管的狭缝处。
(三)有益效果
上述技术方案具有如下优点：本实用新型在分光计的平行光管前设置两个透光轴相垂直的偏振元件，利用其生成的两条对比亮度较大的光线，可以在望远镜中较容易观测，从而能准确地测出了入射到待测介质上光线的布儒斯特角大小，并以此求出被测介质的折射率，还可进一步拓展到介质其他相关性质。利用本实用新型的装置进行测量的误差基本上在1/100左右。
附图说明
图1是布儒斯特角形成的原理图；
图2是现有的一种测量布儒斯特的装置；
图3是本实用新型一种实施例的结构示意图；
图4是图3的局部结构示意图。
其中，1：待测介质；2：第三起偏元件；3：望远镜；4：第二起偏元件；5：光源；6：第一起偏元件；7：平行光管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
如图3-4所示，是本实用新型一种实施例测量装置的结构示意图，该装置包括光源5、分光计和两个起偏元件，所述分光计包括平行光管7、望远镜3和载物台(图中未示出)，待测介质1放置在所述载物台上，所述光源5发出的入射光从所述平行光管7射向待测介质1，并从待测介质1上反射出射光，所述出射光射入所述望远镜3中，用于观察入射光的成像。所述平行光管7的前部还设有透光轴与入射面相垂直的第一起偏元件6和透光轴与入射面相平行的第二起偏元件4。本实用新型的测量装置是由分光计来测量布儒斯特角，通过在分光计的平行光管前设置两个透光轴相垂直的起偏元件，利用其生成的两条对比亮度较大的光线，可以在望远镜中较容易观测，从而能准确地测出了入射到待测介质上光线的布儒斯特角大小，并以此求出被测介质的折射率，还可进一步拓展到介质其他相关性质(如：介电常数等)的测量。
再次参阅图4，本实用新型的第一起偏元件6和第二起偏元件4并排设置在平行光管7的狭缝处，狭缝宽度优选地为1-2mm。该实施例的平行光管7的狭缝左侧是透光轴方向垂直于入射面的第一起偏元件6，狭缝右侧是透光轴方向平行于入射面的第二起偏元件4。入射面是指入射光线与入射点处法线所形成的平面，该实施例中指的是入射光线与其射到待测介质入射点处法线所形成的平面。该实施例的第一起偏元件6和第二起偏元件4长度为平行光管7的狭缝长度一半，宽度比狭缝宽度宽2-3mm的全等的长方形。该实施例是将这两个起偏元件紧靠在一起，贴于平行光管7的狭缝上，从而在望远镜3中形成明暗对比的两条光线。当光源5发射出来的光线经过平行光管7的狭缝后，将形成光矢量方向互相垂直的两部分光线。当入射角达到布儒斯特角时，其反射光线将成为光矢量方向垂直于入射面的线偏振光。因此，经过平行光管7的狭缝左侧入射的光线，在以布儒斯特角入射到被测介质1后，它的反射光线依然存在，而经过平行光管7的狭缝右侧入射的光线，在以布儒斯特角入射到物体后，它的反射光线将会消失。该装置通过观测望远镜中左右侧的两个图像就可以判断出入射角是否是布儒斯特角，相比较于现有技术而言，可以更加直观、准确的测量布儒斯特角。
本实用新型的望远镜3中图像的明暗程度可以利用眼睛进行目测，也可以利用检测仪进行测量，通过在望远镜3的目镜上连接检测仪，从而可以测量出目镜左右两侧图像的亮度。该实施例采用眼睛进行观测，在望远镜3的目镜视野中，将会观察到明显的左明右暗的对比效果。当改变入射角大小使其为非布儒斯特角时，望远镜中的明暗对比效果将越来越不明显，可以初步地确定出光线入射时的布儒斯特角大小。
为了使得测量的准确性进一步地提高，进一步解决人眼对二分视野中明暗对比效果的判断存在着的个体差异问题，优选地，在望远镜3的前部设有透光轴与入射面相平行的第三起偏元件2。第三起偏元件2的透光轴方向与第一起偏元件6的透光轴方向互相垂直，由马吕斯定律可知，经第一起偏元件6起偏的光线再经过第三起偏元件2作用后，它的透射光强度将为0，即在望远镜3的目镜视野中我们将看到目镜狭缝左侧已变得完全黑暗。此时如果调节光线的入射角大小，当入射角达到布儒斯特角时，狭缝右侧的光线由于光矢量方向平行与入射面，由布儒斯特定律知，该光线经物体反射后将会消失。所以我们将在望远镜视野中会看到狭缝的图像消失，即视野完全黑暗的效果。本实用新型的装置通过第三起偏元件2的使用，就在视野左侧产生出一个最暗的标准，对视野中狭缝右侧是否达到完全黑暗的判定有了唯一标准。以此对入射角的大小做进一步的微调，即可得到准确测定的布儒斯特角值。
本实用新型的光源5可以为各种适合的光源，优选地，所述光源为单色光源，该实施例采用钠光源。本实用新型的起偏元件可以为各种适合的起偏部件，优选地为偏振片和起偏镜，从而将自然光变成偏振光。
本实用新型的仪器对人造大理石和三棱镜进行测量，根据布儒斯特角与折射率的公式进行计算折射率，分别测得的折射率1.530和1.62，与实际值相比较偏差很小，测量误差基本上在1/100左右。
由以上实施例可以看出，本实用新型实施例在分光计的平行光管前设置两个透光轴相垂直的起偏元件，利用其生成的两条对比亮度较大的光线，可以在望远镜中较容易观测，从而能准确地测出了入射到待测介质上光线的布儒斯特角大小，并以此求出被测介质(包括透光和不透光介质)的折射率，还可进一步拓展到介质其他相关性质。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种布儒斯特角的测量装置，其特征在于，所述装置包括光源、分光计和起偏元件，所述分光计包括平行光管、望远镜和载物台，待测介质放置在所述载物台上，所述光源发出的入射光从所述平行光管射向待测介质，并从待测介质上反射出射光进入所述望远镜；所述平行光管的前部设有透光轴与入射面相垂直的第一起偏元件和透光轴与入射面相平行的第二起偏元件。
2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述望远镜的前部设有透光轴与入射面相平行的第三起偏元件。
3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光源为单色光源。
4.如权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述光源为钠光源。
5.如权利要求1-4中任何一项所述的测量装置，其特征在于，所述装置还包括用于检测望远镜中图像亮度的检测仪，所述检测仪与望远镜相连接。
6.如权利要求1-4中任何一项所述的测量装置，其特征在于，所述待测介质为透光或者不透光物质。
7.如权利要求1-4中任何一项所述的测量装置，其特征在于，所述起偏元件为偏振片或者起偏镜。
8.如权利要求1-4中任何一项所述的测量装置，其特征在于，所述第一起偏元件和第二起偏元件并排设置在平行光管的狭缝处。
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| CN106979935A (zh) * | 2017-03-14 | 2017-07-25 | 浙江大学 | 一种非接触式玻璃砖折射率测量仪 |
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