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测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数 （复旦大学09物理 徐杨） 摘要：热膨胀系数和折射率温度系数是光学玻璃等光学材料的重要参量，本文介绍了一种通过激光干涉法测量玻璃样品热膨胀系数β和折射率温度系数γ的简便方法。 关键词：光学玻璃 热膨胀系数 折射率温度系数 激光干涉法 引 言 热膨胀系数和折射率温度系数是光学玻璃的重要参量，对其进行测量的激光干涉系统较为庞大，由于实验室条件有限，必须通过巧妙的方法来进行测量。本实验利用一个由三部分组成的样品特定面之间的干涉，可以较方便地粗略测量出样品的热膨胀系数β和折射率温度系数γ，并对样品中B、B’的楔角进行了估测。 干涉法测量玻璃样品热膨胀系数β和折射率温度系数γ 2.1实验装置 ???样品实验所用的样品由的待测玻璃制成，如图?所示。其中A是B和B’是两块也被切去一部份的圆形薄玻璃板，每块玻璃板的上下表面不平行。三块玻璃A、B、B’胶合成一体，如图1所示。胶的折射率与玻璃相同，厚度可以忽略不计。 2. 加热装置：该实验的加热装置如图2所示，图中电炉右边的旋钮用于调节电炉温度。大铝块中间有一个圆柱形的样品腔，样品可放在其中。小铝块上有两个孔，一个可用于通光，另一个可用来插温度计的探头。如要对样品加热，可先小心地将样品滑入大铝块的样品腔中（这时应将大铝块倾斜，以防样品撞碎），再放入小铝块，然后把整个大铝块放入电炉上的钢杯中，就可以对样品加热。 3.光源支架：如图3所示，在支架的上部装有He-Ne激光器及其电源，在激光器的下面有一个倾斜的搁架，上面搁放了一块带小孔的观察屏。支架底部有三个脚，C脚是固定的，不可调节， A脚和B脚可以调节。 4. 样品平台：光源支架底部有一圆形平台，用于放置样品或电炉，其底部有三个脚a、b、c，高低可调，见图3。 5. 数字式温度计：1个 6. 卷尺和直尺：各1把 7. 水盆：1个（内有冷却用水） 8. 毛巾：1块 9.小纸片：1张 10.作图用坐标纸：1张 2.2实验原理 1、测量玻璃的β和γ的基本原理如下： 当激光从样品的c区反射时，在屏上可以看到它的3 个反射光斑，见图4，其中v 有干涉条纹，它是由上薄玻璃板的下表面与下薄玻璃板的上表面2两束反射光的干涉所形成的。这两束光的光程差为2L。电炉开始加热后，设温度升高△T，玻璃膨胀△L=Lβ△T，干涉条纹移动m1条，则有2△L=m1λ，式中λ为激光的波长。由此可得： 图4 已知L 和λ，只要测出干涉条纹移动数m1 与温度T 的关系，从m1—T 图可得到温度从40～80℃时的条纹移动数m1，由此可求得β。 当激光从a 区反射时，在屏上只能看到一个有干涉条 纹的光斑。它是由玻璃圆柱体的上表面和下表面两反射光的干涉形成的。这两束光的光程差为2nL，温升△T 引起的光程差变化为： 设此时的干涉条纹移动了m2 条，则有 即 2、测量样品玻璃片B 和B′的楔角如图6，激光可近似看作垂直入射，则激光射入下表面的反射角为2αB 由折射定律： 2nsin(2αB)=sin （2αb） αB 和αb 均很小，所以出射光线的夹角与楔角间的关系为： 图6 αb=2nαB 2.3实验步骤 2.3.1测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数： 1、参照图2和图3，将实验器材组装好。令激光射入到玻璃样品BB′一侧，此时反射光屏上应该有三个光斑，其中中心的光斑有干涉条纹出现。 2、调整中心光斑的位置，使其位于激光出射孔附近。 3、在钢杯中加入冷水，用电炉加热样品，观察中心光斑干涉条纹的移动，每移动一个级次记录下样品的温度。 4、在温度达到70℃左右时停止加热，利用电炉的余热继续升温，直到样品达到90℃左右时停止记录。 5、样品自然冷却过程中，重复步骤3，记录下干涉条纹每移动一个级次时 样品的温度。 6、令激光入射到样品a侧，此时只能够看见一个有干涉条纹的光斑，重复步骤2-5。 2.3.2测量样品玻璃片B 和B′的楔角 1、将小纸片挡在B 和B′之间，在屏幕上可以观察到由B面产生的两个亮点x 和v。 2、测量x 和v 的间距d1，屏幕离B 之间的长度l1。求出光线的夹角αb=d1/l1。 3、则样品B 侧玻璃的楔角αB=d1/(2nl1)。 4、使B′侧朝上，即可测出B′楔角。 2.4实验数据 2.4.1测量样品热膨胀系数： 实验中对β