光电信息工程课程设计论文-液体折射率的测量（最终版） ㊣ 精品文档 值得下载

程设计说明书第页工作原理单模光纤心径小传光性能好光斑均匀，可以作为产生干涉图样光源，光纤杨氏干涉法就是利用光纤作为相干光源实现杨氏干涉，获得条纹较宽明暗的干涉图样，再利用软件测量条纹宽度，从而获得液体的折射率。

如上图光路所示，由激光器发出的光照射到两根光纤中，由于这两条光纤的端面在同平面上，因此两条光纤同时接收到来自同波阵面上的光，耦合是从端入射并从另端以定的发散角射出。

若两条光线的长度相同，则经过光纤出射的两束光的相位相同，此时出射端面相当于两个发光圆孔。

由于保偏光纤具有保持光的偏振方向恒定的特性，所以两束出射光具有相同的偏振方向，进而得到明暗相间的干涉条纹，由读出并在计算机上显示出来。

设两条光纤中心的距离为，出射端面到的距离是，干涉条纹的宽度为，则玻璃池中水的折射率为采用逐差法测出未加水时的条纹宽度和加入水后的条纹宽度，则有式可得为空气的折射率，其值近似为，则由此可见，只要分别测量出有水和无水时的干涉条纹宽度，就可以用式直接算出水的折射率了。

实验步骤按照设计光路摆放器件，将光纤入射端面对准激光，是从出射端面可以看到到较刺眼的出射光。

将光纤的出射端面靠近玻璃池侧面固定好，靠近玻璃池的另则放置，使获得条纹清晰的明暗干涉条纹，并保存有水和无水时的干涉图样。

改变的位置得到多组干涉图样。

用进行数据处理，得到无水时的条纹宽度和有水时的条纹宽度。

由式计算水的折射率。

并误差分析。

桂林电子科技大学基础工程设计说明书第页实物装置按照上述实验步骤可得以下实验装置图图光纤杨氏干涉法实物装置图数据处理实验数据图未加水前的干涉图样桂林电子科技大学基础工程设计说明书第页图加水后的干涉图样由于水中含杂质比较多，得到的干涉图样看上去有点模糊，因此在用软件计算条纹间距之前可做适当的图像增强处理，以达到较好的效果。

用软件对干涉图样进行曲线拟合，进而得出条纹间距和，用于计算干涉图样条纹间距的程序如下学习资料大四课设图片，这次实验中，我学到了很多东西，加强了我的动手能力，培养了我独立思考的能力，这些在课本上是学不到的。

特别是在做实验时，因为要用到软件进行数据处理，在处理过程中遇到了定的困难，如果不解决这些问题的话，接下来的工作将无法展开。

谢词为期两个星期的基础课程设计结束了，在这两个星期里，我之所以能够顺利完成老师布置的任务，除了自身努力之外，还与他人的帮助是分不开的。

在此，我真诚地向帮助过我的老师和同学们致以诚挚感谢，若不是他们在背后默默为我付出，恐怕我课程设计完成有定桂林电子科技大学基础工程设计说明书第页的困难因为考研耽误了我好多时间。

特别要感谢的是指导老师，在我提出的每个方案上都热心给予我指导意见，为我提供了不少方便，让我更加顺利地完成实验。

参考文献光学教程第二版叶玉堂，肖峻，饶建珍著清华大学出版社年月误差理论与数据处理第六版费业泰著合肥工业大学出版社年月液体折射率测定方法分析徐世刚年桂林电子科技大学基础工程设计说明书第页应用语言处理数字信号与数字图像第三版陈桂明著年月信号处理详解陈亚男著人们邮电出版社年月大学物理第二版罗益民，余燕著北京邮电大学出版社年月附录附录几何法所用元器件序号名称数量大小桂林电子科技大学基础工程设计说明书第页附录二光纤杨氏干涉法所用元器件序号名称数量激光器台玻璃池个水若干光纤两条个计算机台光纤座两个附录三光纤杨氏干涉法光路激光器台玻璃池个水若干泡沫图钉个量角器把桂林电子科技大学基础工程设计说明书第页运行得如下曲线桂林电子科技大学基础工程设计说明书第页图未加水前的曲线图加水后的曲线从左边第个波谷往右算起，按照比例得出如下参数波谷序号距离无水距离有水逐差法计算条纹间距桂林电子科技大学基础工程设计说明书第页其中，是未加水之前的干涉条纹间距，是加水之后干涉条纹的间距。

由式可以算出水的折射率为误差分析水的折射率的理论值绝对误差相对误差此方法只需要测量干涉条纹宽度，避免了测量两根光纤中心的距离和出射端面到的距离的不便以及其带来的测量误差。

此方案的主要误差来源于方案及所用仪器产生的系统误差计算过程以及环境条件等引起的随机误差和人为误差。

其中光纤的处理尤其关键，处理好坏直接影响鲜果的准确性和正确性，只有光纤满足条件才能够得到正确的干涉图样。

总结这次课程设计是本科学习的最后个课程设计，历时两个星期，现在即将圆满结束。

课程设计作为检测同学们学以自用的能力的手段，不仅可以对以往专业学习的总结，也是次自我动手实践的过程，这些对于培养个人的思考方式动手能力等方面有着不可低估的作用。

课程设计是将课程学习基本理论转化为实践的活动的桥梁，课程设计水平的高低不仅能反映课程理论研究的成果，更是制约教育教学质量的重要因素，在本科学习的整个过程中具有不可替代的作用。

我在本次课程设计的题目是液体折射率的测量，并采用了两种测量方案第种是几何法测量，这种测量方案限度来说比较粗糙，测量结果误差也比较大，因为直接利用折射率的定义公式进行测量计算，所以它具有装置简单操作简便的优点。

第二种方案是光纤杨氏干涉法，这种方法的优点是通过测量干涉条纹间距来计算折射率，避免其他物理量的引入而产生的误差，因此测量精度比较高。

但是它也有不足之处，那就是装置比较复杂，操作繁琐，特别是光纤的耦合需要消耗大量的时间，我在整个方案操作过程中仅仅在耦合光纤上就花了两三天的时间。

另外，数据处理也比较复杂。

测量液体折射率的方法有很多，但是比较科学的测量方法是采用采集，利用计算机处理数据，这样得到的数据准确率才高。

基于以上两种方案，可以做适当的改进，在第二个方案中可以把光纤换成干涉仪，以提高干涉图样的清晰度，便于后期数据处理。

也可以采用桂林电子科技大学基础工程设计说明书第页牛顿环进行测量，或者采用衍射光栅的方法。

在谢词参考文献附录附录几何法所用元器件附录二光纤杨氏干涉法所用元器件附录三光纤杨氏干涉法光路桂林电子科技大学基础工程设计说明书第页前言折射率，英文名，是物质的重要光学常数之，能借以了解物质的光学性能纯度及浓度大小等物理参数。

利用光在通过液体是光路发生偏移，建立测量液体折射率的方法和实验装置，并用实验室现有器件搭建相应光路实现之。

目前测量液体折射率的方法有很多，液体表面的光学检测为研究液体的物理性质提供了非常有用的种方法。

液体表面测量可以分为两大类静态表面检测和动态表面检测。

静态表面检测中常用的光学方法是利用液体表面的反射或透射等光学效应，通过光强的分布及光强与液体相关物理参数的之间的关系来研究液体的性质动态表面测量时利用液体对光的衍射和折射等效应，并根据衍射和干涉光强与液体表面波的关系以及表面物理参数之间的关系，通过检测衍射和干涉的光强分布来研究液体的性质，达到本课程设计要求与目的。

影响测量液体折射率的因素有很多，由于受周围环境温度湿度等因素的影响，对液体的折射率进行测量时可能会存在差异，但是在误差允许的范围内是正确的。

另外，基于不同的测量方案，测量准确度不同，因此选择测量方案尤其重要。

个号的方案不仅可以提高测量结果的准确性，还能避免实验操作的繁琐过程。

针对本次测量液体折射率的课程设计，提出了两种不同的测量方案，种是几何法，这种方法，也就是直接利用折射率的定义式测量液体的折射率，式中为入射角，为出射角，只要测量出这两个角，液体的折射率就可以由公式直接计算出来。

另种方法是光纤杨氏干涉法，通过两条光纤产生具有干涉条件的两束光，并产生干涉现象，利用拍摄记录实验得出的条纹，并领用计算机对拍摄结果进行了智能化处理分析。

第二种方法处理数据比较繁琐，要用到软件进行曲线拟合，进而得出所需要的实验数据，但是这种方法的准确度高，计算结果基本与理论值吻合，达到预期的效果。

本次课程设计几何法光路设计工作原理光线自种透明介质进入另透明介质的时候，由于两种介质的密度不同，光的进行速度发生变化，即发生折射现象，般折光率系指光线在空气中进行的速度与供试品中进行速度的比值。

根据折射定律，折光率是光线入射角的正弦与折角的正弦的比值，即水平面空气水泡沫图钉接受屏玻璃板玻璃池水桂林电子科技大学基础工程设计说明书第页式中为折光率，为光线入射角的正弦，为折射角的正弦。

般地说，光在两个不同介质中的传播速度是不相同的。

所以光线从个介质进入另个介质，当它的传播方向与两个介质的界面不垂直时，则在界面处的传播方向发生改变。

这种现象称为光的折射现象。

根据折射定律，波长定的单色光线，在确定的外界条件如温度压力等下，从个介质进入另个介质时，入射角和折射角的正弦之比和这两个介质的折光