Определение показателя преломления
и дисперсии оптически прозрачных сред.
Цель работы: исследование показателя преломления твердых и жидких сред
при помощи приборов научного и промышленного назначения.
При переходе из одной среды в другую свет испытывает преломление, направление распространения света меняется. Количественно это явление описывается законом Декарта-Снеллиуса (1637 г.).
(1)
отношение синуса угла падения 
к синусу угла преломления 
есть величина постоянная для данных двух сред. Эта постоянная называется относительнымпоказателем преломления (второй среды относительно первой). Если первой средой будет вакуум, то показатель преломления называется абсолютным. Можно видеть, что относительный показатель преломления
равен отношению абсолютных показателей второго вещества к первому. Обычно в таблицах показателей преломления веществ даются абсолютные показатели. Для воздуха он равен практически единице. Поэтому в тех случаях, когда вещество находится в воздухе, закон (1) можно записать проще, не указывая индексы в правой части,
(2)
где 
- показатель преломления вещества, указанный в таблицах.
Показатель преломления среды - важнейшая ее характеристика, вот почему вопросу определения показателя преломления сред уделяются столь большое внимание.
В первые десятилетия после открытия закона считали это отношение постоянным. Но в 1665 г. Ньютон в своих известных опытах со стеклянной призмой (они описаны в "Оптике" Ньютона, 1704) расширил понятие показателя преломления, открыв явление, названное им дисперсией света. При пропускании пучка белого света через стеклянную призму на экране наблюдалось растянутое цветное изображение отверстия, через которое проходил белый свет (рис.1). Вверху наблюдалась красная окраска, внизу - фиолетовая. Между ними располагались прочие цвета радуги. Таким образом, дисперсия света - это явление спектрального разложения света, происходящее вследствие того, что скорость света в веществе зависит от длины волны (частоты).
|
|
Красный
Белый свет
Фиолетовый
Рис.1
Дисперсия света означает, что показатель преломления вещества не постоянен, а зависит от длины волны 
(3)
Характер зависимости n(λ) в веществе, конкретный вид этой функции, определяется структурой вещества. Поэтому общий вид этой функции неизвестен. Принято для каждого вещества, например, для стекла определенного сорта, задавать функцию n(λ) либо в виде таблицы для известных длин волн (см. табл. 1), либо в виде графика (рис.2).
Таблица 1.
| Длина волны лазера (нм). | Марка стекла | |
| ЛК6 (крон) | ТФ5(флинт) | |
| 1,47521 | 1,77426 | |
| 1,47371 | 1,76802 | |
| 1,47290 | 1,76470 | |
| 568,2 | 1,47121 | 1,75806 |
| 632,8 | 1,47897 | 1,74971 |
| 694,3 | 1,46732 | 1,74397 |
| 1,46371 | 1,73299 | |
| 1,46146 | 1,72765 |
Рис. 2
В сущности, кривая таблично задается только в определенных точках. В промежутках же считают, что кривая идет плавно, но это предположение справедливо лишь в отсутствии поглощения. В качестве так называемого основного значения показателя преломления вещества, если дисперсия не интересует или она мала, в таблицах приводится значение nD, или указывается конкретное значение показателя преломления.
Практически как меру дисперсии, т.е. растяжения спектра, вводят величину средней дисперсии и относительной дисперсии.
|
|
и 
, (4)
где nD - желтая линия натрия (589,3 нм); nC - красная линия водорода (656,3 нм); nF - зелено-голубая линия водорода (486,1 нм); nG - синяя линия водорода (434,1 нм).
Самым важным оптическим материалом является стекло. В зависимости от примесей (свинца и др. металлов) различают стекла сорта флинт (тяжёлые, с большим показателем n) n >1,60; и легкие крон, с n= 1,45 - 1,60. Однако дисперсия у крона больше, чем у флинта. Поэтому комбинация стекол с разными свойствами позволяет строить оптические системы, исправленные от различного рода аберраций.