图1-4  U型光纤强度调制原理如图

激光束入射到有包层的U型光纤中，其中纤芯折射率为 n_1  ，包层折射率为n_2。没有包层的部分浸入折射率为n_x  的待测液体中，光束在光纤中的传播符合全反射原理，全反射的临界角为：

θ_C=arc sin⁡〖n_2/n_1          〗 （1-3-15）

由此可知 θ_c正比于 n_2，当光束入射到浸在液体的纤芯部分时外部包层折射率由n_2变为n_x，此时一部分入射光不再满足全反射的条件，就会在两种介质的交界面发生光的折射现象，导致光能量的损失，出射光强 I与入射光强〖 I 〗_0的关系为：

I=〖 I 〗_0 e^(-a（r，λ，n_x ）l)        （1-3-16） 

式中α——衰减系数

r——光纤弯曲半径

λ¬——入射光波波长

l——弯曲光纤长度

其中衰减系数 α  同光纤弯曲半径  r 、入射光波波长  λ 、待测液体折射率 n_(x )有关， l  是弯曲光纤的长度，在保持 r 、 λ 、 l 不变的情况下，通过测量出出射光强  I   与入射光强〖   I 〗_(0 )  即可获得待测液体折射率〖  n〗_(x  )。

用光纤传导方法测量液体折射率具有抗电磁干扰、电绝缘、本质安全、灵敏度高、重量轻等优点。但是由于其探测时，需要浸入待测液体中进行测量，因此易造成光纤探头的污染，当被测液体中含有悬浊颗粒时会对测量结果造成较大影响，使测量精度大幅下降。

综合以上方法的优缺点，并根据现有条件，本次设计在最小偏向角法的原理上，为减少实验操作，满足大量数据的快速测量，用盛满待测溶液的玻璃培养皿替代三棱镜，采用常规的折射法来测定溶液折射率。

1。4 本论文的研究内容

污染物浓度作为衡量水体被污染程度的重要指标，受到环境工作者的普遍关注，本文首先综述了溶液浓度与其折射率关系的理论模型、液体折射率测量的应用以及已有的几种液体折射率测量方法，然后根据几何光学测量法结合实验室现有的实验设备，构想设计利用以工业染料——罗丹明B溶液来代替废水为研究对象，在室温（20℃）条件下，探究罗丹明B溶液浓度与折射率的关系，分析得出罗丹明B溶液浓度与折射率的线性关系，并在此基础上探究溶剂对罗丹明B溶液浓度与折射率关系的影响，为精确测量废水污染程度提供一种有效的方法。

第二章 利用折射定律测量液体折射率

2。1实验设备及实验过程

2。1。1实验仪器及实验药品

本实验在杭州师范大学理学院三号实验楼内完成，实验中使用到的实验仪器与需要大量用到的化学药品，见表2-1。

表2-1 实验仪器及实验药品文献综述

仪器及药品名称 型号及级别 产地

电子天平 JA5003 上海越平科学仪器有限公司

激光发生器 No。3938 宁波得力集团有限公司

超纯水机 hyjd 杭州永洁达净化科技有限公司

无水乙醇 分析纯 国药集团化学试剂有限公司

罗丹明B 分析纯 Alfa Aesar阿法埃莎（中国）化学有限公司