折射率的測定(預)01-國立高雄應用科技大學化學工程與材料工程系

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1、國立高雄應用科技大學化學工程與材料工程系物理化學實驗第一組實驗名稱：折射率的測定（預）指導教授：吳瑞泰教授班級：四化材三甲學生：張瑞新學號:1100101116實驗目的1.掌握使用阿貝折射儀測定物質折射率的方法2.熟悉折射率的定義及其應用3.認識折射率與溫度以及濃度的關係實驗原理當一束光從一介質進入密度不同之另一個介質內時，由於速度改變其進行方向產生曲折，稱之折射，折射率(refractionindex):n是兩介質中光速的比值，亦可用入射角i與折射角r兩正弦之商表示，即：n=sini/sinr(Snell,slaw)實驗利用阿貝折射計來測定折射率，阿貝折射計可

2、直接用來測定液體和固體之折射率，定量分析溶液的組成鑒定液體純度。同時，物質的莫耳折射度、莫耳質量、密度、極性分子的偶極矩等也都可與折射相關聯，因此它也是物質結構研究的重要工具。在外加電場的作用下，電光晶體的作用，相當於一個波晶片(waveplate),當線偏振光通過時，可利用輸入電壓V改變其偏振狀態，及正常光(ordinarylight)與非正常光(extraordinarylight)二者間的相位差。隨外加電場大小而改變，配合其他光學元件，即可改變通過光的強度。電光晶體折射率的空間分佈：(1)晶體的光學性質，可由折射率橢圓方程式X2/nx2+Y2/ny2+Z2

3、/nz2=1,來描述。當外加電場時，不僅造成原主軸上的折射率大小發生變化，且主軸的方向也可能轉動，如此折射率橢球離開了原來的標準位置，需更改成X2/nx12+Y2/ny12+Z2/nz12+2YZ/n42+2XZ/n52+2XY/n62=1來描述。△(1/ni2)=ZrijEj,rij代表各方向上的電光係數。(2)假設晶體在某方向上(例如為X軸)有反轉對稱(即有對稱中心)，則外加電場Ex,在對稱中心的左方與右方，產生大小相等，方向相反的電光效應(總效應為零)，使得此軸上的一次電光係數為零。可知，rij中尚存有哪些不為零的項目，直接與晶體的對稱性質有關。2.KDP

4、電光晶體的橫向效應：(1)橫向效應所使用的45°-Z切割晶體，取自KDP自然結晶中的部位與方向。(2)在Z軸方向上加電場，使該晶體變成電致雙晶軸晶體，因此晶體是45。切割，所以新建立的光軸X、與丫、即是立方體的邊。現有一平面偏極光，垂直丫'Z平面射入晶體，偏振面與Z軸垂直為45。，當其進入晶體後，因nz*ny光波將分成Ez與Ey、兩分量，當其通過晶體後，二分量間的相位差為&二(2ir/入)I*(nz-ny')=(2tt/A)I*(ne-nO)+(tt/A)(l/d)*n03r6zVo上式前項與外加電壓無關，是由KDP自然雙折射效應，所造成1L=的相位移。其後項才

5、是與外加電場成正比的電光效應。因為(ne-nO)項的存在，使相位差&對溫度極端敏感，故不可單獨使用。為了減少45°-Z切割KDP晶體，橫向效應中，自然雙折射的延遲現象，該種晶體在使用時，經常成對出現，垂直偏極光與水平偏極光通過此晶體的相位延遲分別為2iT*r(ne+ny')/A,2tt*1*(ne+nx')/入,則垂直偏極光與水平偏極光兩者的相位差2tt*1*(nx'-ny')/A,6=(2tt/A)*(l/d)*n03r6zV,如此即可抵銷自然雙折射現象，大大改善了電光調制晶體組的相位差，因溫度而漂移的特性。由&的公式可知，利用切割技巧可提高l/d的比值，大幅

6、降低了橫向效應的VA/2的驅動電壓。又因外加電場方向恆與入射光方向垂直，晶體又不需要蒸鍍昂貴的透明電極，使得在實用上成本降低很多，故商品化的電光調制器多屬於此種類型。2.一次電光效應，經常用來調制光的強度。在外加電場的作用下，電光晶體的作用，相當於一個波晶片，當線偏振光通過時，可利用輸入電壓V改變其偏振狀態，即正常光與非正常光兩者間的相!1!位差。隨外加電壓大小而便，配合其他光電元件，即可改變通過光的強度其系統結構如下圖所示：將450-Z切割之KDP晶體組，放在兩個正交偏振器P1與P2中間，P1的偏振軸與X'軸夾角450,由左方進入的光，經由P1成為線偏振光，當

7、其通過KDP晶體組後，成為橢圓偏振光，P2將此橢圓偏振光在P2偏振軸上的分量，送入光感知器中，感知器即可將光強度信號轉換成電器信號。圖2.2EOM內部結構示意H2.光強度I與調制電壓V的關係：(1)設光通過P1後，強度為2A02,當其通過KDP晶體後，依垂直與水平兩振動方向，分成快慢兩個分量，二者間的相位差&=2n/A*L/d*n03r6ZV因V入/2二入d/2LnO3「6Z則6=Vtt/VA/2o(*)(2)落在檢偏鏡上的兩個光波，波方程式可分別表示如下：EZ=AOeiwt,EY'=AOei(wt-6)設通過檢偏鏡後，光的振幅為EP2,是上述兩個電場，在P2偏

8、振軸上的分量和，則EP2