基于分光计的系列实验

由于分光计对角度的高精度测量，因此我们可以利用分光计进行一些光学角度的测量。利用分光计可以测定透明玻璃样品的折射率，验证柯西公式等等。 表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）是一种物理光学现象。光在棱镜与金属膜表面上发生全反射时，形成倏逝波进入到光疏介质中，从而激发金属表面产生表面等离子体子波。在入射角或波长为某一适当值的条件下, 表面等离子体子波与倏逝波的频率和波数相等时, 两者之间将发生共振, 入射光被吸收, 使反射光能量急剧下降, 在反射光谱上出现共振吸收峰，即发生了表面等离子体共振现象，该入射角度称为SPR共振角，实验上我们也可以利用分光计测量出等离子体共振角。

1. 学会分光计的调节与使用；
2. 掌握什么是倏逝波，什么是SPR；
3. 理解现有的光路设计思想；
4. 分析讨论共振角与折射率的关系。

1. 什么是最小偏向角法？
2. 媒质的折射率与真空中入射光的波长的关系是什么？请写出柯西色散公式
3. 什么是表面等离子体共振（SPR）？
4. 什么是倏逝波？

1. 实验上是如何避免偏心差的。
2. 实验上如何根据理论光路图，快速找到光谱线？
3. 实验上用的小单色仪，如何快速半定量的估计其分辨率？
4. 表面等离子体共振的样品设计成了圆柱形，这有什么好处？
5. 想发生等离子体共振，对光源有什么要求吗？

• 你能设计其它的实验方案测量三棱镜折射率吗？
• 请问金属薄膜的厚度对等离子共振有什么影响？
• 你如何理解金属的介电常数为复数，其是实部和虚部代表什么物理意义？

分光计、汞灯、重火石玻璃ZF1三棱镜、半反镜、毛玻璃、半导体激光器、探测器、镀金圆柱棱镜、小单色仪

1. 学习使用分光计并利用最小偏向角法测量三棱镜的折射率(第一周）
2. 利用小单色仪和分光计验证柯西色散公式 （第二周）
3. 测量介质为空气时金膜的共振角 （第三周）

1. 小单色仪用汞灯的线状光谱定标（注意螺距误差,单方向转鼓轮）
2. 小单色仪的光谱范围选择450-650 nm 每隔20nm 测量一次最小偏向角。
3. 调节样品台同轴，出射激光打到顶针上
4. SPR样品不要用手触摸光学面和金膜
5. 发生共振需要P偏振光，将偏振片的指针调节为水平方向
6. 共振角大约在42-44范围

1. 简要叙述本实验的基本原理。
2. 记录实验中出现的各种实验现象，对其进行分析、讨论。
3. 实验数据的处理，及对结果的分析、讨论。

1. 分光计的调整讲解
2. 分光计的调节讲义
3. 贾玉润 等主编，大学物理实验，复旦大学出版社，1988年
4. 常见介质折射率http://www.360yiqi.com/hot/reflect.htm
5. 一个折射率的数据库http://refractiveindex.info/
6. 实验说明书
7. electromagnetic theory of surface plasmons
8. electromagnetic theory of surface plasmons-1941-fano
9. radiative_decay_of_non_radiative_surface_plasmons_excited_by_light
10. excitation_of_nonradiative_surface_plasma_wavesin Silver by the Method of Frustrated Total Reflection

《大学物理实验数字化教程》-机械工业出版社这一书中的视频讲解

想问问大家有没有注意到酒精溶液的共振曲线里，40°左右也有一个小吸收峰呢？我测量了两组酒精溶液的数据，在接近40°位置仪器的显示数值都有下降几十。直觉觉得不是激光器能量波动等均匀误差造成的。 — 王思阳 2014/04/13 23:33

我有在测量蒸馏水的过程中测量到一次44度左右，下降幅度也约为0.1左右的小吸收峰，具体原因仍未理解。 — 王铨康 2015/04/7 0:50

我在模拟溶液浓度与共振角关系的时候，发现在我们测得棱镜折射率为1.651的情况下，一旦电介质折射率高于1.32左右的一个值，就无法用文献中的公式计算。sin值超出1了。但在其他人的文献中明显有1.33以上的介质（Nacl溶液的折射率也在1.33以上）且得到角度为70多度。是不是高于一定折射率的介质就不能用那个公式了呢？ — 王铨康 2015/04/7 2：45

做SPR的圆柱棱镜的折射率与第一次测的三棱镜的折射率不同，SPR的圆柱棱镜是K9玻璃折射率是1.515 — 白翠琴 2015/04/07 13:39

OMG…我貌似介电常数也用的1.65.. — 王铨康 2015/04/12 19：30

实验原理简述中第一部分第一点似乎应为“什么是最小偏向角法” — 吴迪 2017/02/28 13:40

实验仪器里面的半透镜是不是可以当作双面反射镜使用？——刘畅 2017/04/25 20:40