折射率对比度（精选7篇）
折射率对比度 篇1
一、亲属称谓语的差异
(一) 血缘关系亲属称谓的差异
中国的亲属称谓词语中血亲 (有血缘关系的亲属) 与姻亲 (由婚姻关系结成的亲属) 、宗族 (父系亲属) 与非宗族 (母系亲属) 之间有非常严格的区分。而英语中的亲属称谓词是没有这样的划分。如下表:
从表格的对比中, 我们可以看出, 汉语中的亲属称谓比较繁多、驳杂, 英语则相对简单、明了。
(二) 非血缘关系亲属称谓的差异
非血缘关系亲属称谓具有模拟亲属称谓的性质, 也是亲属称谓语的一种泛化现象, 主要是称呼那些没有血缘和姻亲关系的人, 表示对他人的亲切与尊敬, 还可以拉近彼此之间的距离。
“家国同构”、“集体主义”的观念在中国人的思想中根深蒂固, 习惯把个人看做是集体的一个部分。因此, 亲属称谓的泛化在汉语里非常普遍。根据年龄、身份、场合等不同来选择与之相适应的称谓词语, 比如“阿姨”是用来敬称母亲辈且年纪比母亲小的女性年长者, 我们可以称她为:阿姨 (姓+阿姨, 姓+姨) 或者是职业类名+阿姨, 如“售货员阿姨”等;另外, 像“大爷”、“大叔”、“大姐”、“小妹”这样的词使用得也非常广泛, 这些词都非常有助于消除彼此之间的陌生感, 使接下去的谈话更加顺畅。
而英语中的亲属称谓泛化现象就远不及汉语的普遍, 有些较为传统的家庭可能会将“uncle”和“aunt”来称呼非亲属成员, 例如, “aunt Sarah”、“uncle Michael”等;有时一些被大家广泛熟知的称呼被泛指为一类群体, 比如“Uncle Tom”就是由于《汤姆叔叔的小屋》 (Uncle Tom’s Cabin) 一书的流传, 在近些年已变成了那些被指责投靠白人的非裔美国人的绰号。但在英语中, 非亲属成员之间还是很少使用亲属称谓来互相称呼对方, 小孩子见到了认识的人多半是直呼其名, 而遇到不认识的人一般都会说“女士”、“先生”。
(三) 亲属称谓中折射的中西文化差异
中国有几千年的封建历史, 封建制度深刻地影响了中国人生活的方方面面, 尤其是封建家长制使父权成为家庭中的主导力量, 并维系着整个家族成员之间的关系, 保护着家族的荣誉。正所谓“修身、齐家、治国、平天下”, 为了家族的和睦与繁荣做出适当的牺牲, 是每一位成员的义务。“君君、臣臣、父父、子子”严格的等级制度, 长幼有序、内外有别, 人们之间不存在平等。而建立在家庭基础上的是国家的集中统治。此外, 古老的农业社会, 男耕女织的固定模式, 男人成为整个社会生产力发展的重要力量, 男尊女卑、重男轻女的现象十分普遍, 因此在称谓上父系与母系有着严格的区分;而且农耕生活需要大量的体力劳动, 为了能让自己在年老之后可以从繁重的农耕劳作中解脱出来, “儿子”在家庭中就显得尤为重要, “多子多福”、“养儿防老”是人们在面对衰老而产生恐惧时的巨大安慰。由于对家庭的看重, 中国人非常期待“人丁兴旺”的庞大家族, 几代人同住的大家庭长期以来都是社会的基本组成部分, 四世或五世同堂也是中国人心中最理想的家庭模式。
而英语国家经历希腊的古典民主、法制, 文艺复兴时期的人文主义思想, 以及启蒙运动自由、平等和民主的洗礼后, 有着强烈的自由平等和法制的意识。再加上开放型的海洋文明, 整个民族都非常强调张扬主体个性, 追求人格独立, 强调个人主义;每个人都是独立的个体, 不附着于某个集体, 即使是刚出生的婴儿也要受到大家的尊重。英美国家较早进入工业社会, 他们的血缘关系意识淡薄, 工业革命后核心家庭观念盛行, 更倾向于小家庭, 大多数是以两代人组成的家庭为核心;不像中国人追求“人丁兴旺”, 他们的家庭成员相对较少。因此, 英语中的亲属称谓非常简单, 也不像汉语区分得那么明细。
二、非亲属称谓的差异
(一) 通用称谓语的差异
通用称谓语指的是指可以广泛地运用于同一个社会集团内成员的称谓语。汉语里的通用称谓语很多都经历过一系列的历史演变, 且种类很多, 比如现代汉语中“同志”一词, 起初在资产阶级民主革命时期, 革命团体内部成员互称“同志”, 后来共产党引用这一称呼并延续到新中国成立后, “同志”就广泛地应用在称呼陌生人的情境中, 但随着香港人把“同性恋者”称为“同志”, 使用的频率也就逐渐下降, 现在人们已经很少用到这个词。再如“小姐”, 过去是指大户人家还没出嫁的女儿, 新中国成立后由于它浓厚的“封建资产阶级”色彩而逐渐消失, 等到改革开放后出现了“三陪小姐”, “小姐”也就成为“妓女”的委婉称呼了, 大家也就开始慎用这个称谓。另外, 汉语中还有非常丰富的尊称和谦称, 尊称如对父母称高堂;称别人父母为令尊、令堂;称别人的兄妹为令郎、令爱等, 谦称如称自己鄙人、不才、晚生等。
而英语中的通用称谓语就要简单得多主要有Mr. (先生) , Miss (小姐) , Mrs (夫人或太太, 主要指已经结婚的妇女) , Ms (在不确定对方婚姻状况时替换Mrs使用) 等, 在这些尊称后面直接加姓, 不论对方的地位和职业都可以用。此外, 还有“Sir” (先生) 和“Madam” (女士) 一般是不加姓氏单独使用。现代英语中几乎没有谦称, 而尊称也主要是在跟王室、贵族说话用到, 如Majesty (陛下) 与His, Her或者Your连用作为对君主的尊称;Highness (殿下) 与His, Her或Your连用, 用来称呼王子 (亲王) 或公主 (王妃) 。
(二) 姓名称谓语的差异
汉语中姓名称谓往往根据说话双方亲疏程度及地位、年龄等的不同, 对于同一个人可能会有好几种称呼, 比如人们可以说“老/小张”或“张老”。另外, 可直接称呼“姓+名”, 或只称“名”, 还可以“姓/名/姓名+称谓词”, 这三种不同的称法带有不同的感情色彩, 可以看出对话双方是怎样的社会关系。
英语与汉语姓名称谓最大的不同是汉语是“姓+名”而英语是“名+姓”, 除此之外, 英语中“名”的使用相当广泛, 除了平辈之间可以使用, 婆媳之间、师生之间, 甚至孩子对长辈也可以称“名”, 以此来表现对对方的亲切感情。一般初次见面或表示尊敬也会用姓来称呼, 称呼全名的情况较少, 如在生气或者是很严肃的场合才会使用全称。与称谓词搭配时, 也只能是“称谓词+姓”, 没有“称谓词+名”这样的模式。
(三) 职位头衔称谓的差异
这类的称谓在汉英两种语言里差异显著。汉语中关于头衔的称谓种类繁多、使用普遍且用法很有讲究。在古代, 职衔称谓主要集中在官职上, 职官的称谓几乎与字、号等称谓同样通行, 如“杜工部 (杜甫) ”、“韩吏部 (韩愈) ”、“柳柳州 (柳宗元) ”, 在诗文中也屡见不鲜, 如“始见张京兆, 宜居汉近臣”里“张京兆”就是职衔称谓。而在现代汉语中, 涉及的职位更加广泛, 职衔称谓大致可分为三种: (1) 姓+职称 (学衔、职衔) 如:“李教授”、“王经理”等; (2) 姓+头衔, 如:“赵博士”、“张将军”等; (3) 姓+职务, 如:“胡主席”、“钱所长”等; (4) 姓+职业:如:“徐医生”、“江老师”等。这些职衔还可以单独使用, 甚至在一定环境中可以泛称, 比如, 在学校里若不知道对方职位的时候, 即使是行政人员也可以称为老师;在医院, 即使对方不是大夫, 称其为大夫也行得通。
而在说英语的国家中, 头衔性的称谓使用范围非常有限, 一般只用于皇族、宗教人士、政府上层、法律界或军界。而且与汉语相反, 它是衔称+姓氏/教名, 如Presiden Obama (奥巴马总统) , Queen Elizabeth (伊丽莎白女王) 等。除此之外, 在学术界, Doctor (博士) 和Professor (教授) 的头衔称谓使用比较普遍, 它们可以单独使用或与姓氏相结合使用, 同样也是放在姓氏的前面, 而其他一般的职务都直接称姓名, 或加上“先生/女士”。
(四) 非亲属称谓中折射的中西文化差异
孔子在早年的政治追求中把恢复周礼视为己任, 并把“克己复礼”称为仁, 而中国自古以来就被称为礼仪之邦, 礼仪在约束人们行为举止方面起到了重要的作用, “自卑尊人”是评价他人礼貌与否的重要准则, 这就导致人们在潜意识中习惯刻意地贬抑自己, 抬高他人, 这也造成了汉语中尊称和谦称特别繁多的原因。另外, 早在先秦时期, 中国国家组织就有了高度的发展, 官职设置名目繁多且周密, 而随着封建社会高度的发展, 官职系统也就更加成熟。在高度集中的君权统治下, 严格的等级制度, 官僚主义盛行, 职衔就显得尤为重要, 是一种身份地位的象征, 更是一种人生价值的体现。
而在英语国家对自由、平等的追求由来已久, 特别是进入资本主义时期个人主义风行, 法律制度完备, 法律面前人人平等, 每个人都是自由的个体, 所以英语里几乎没有尊称和谦称。依照欧洲的历史传统, 封建时代对国家的统治占主导地位的是宗教政治, 教皇相比较国王有更至高无上的权威, 而且很多欧洲国家, 比如英国仍旧保留王室贵族, 因此英语中的头衔称谓多集中在宗教和皇族成员身上。
三、结语
称谓词是社会发展人与人交际过程中的产物, 汉英不同的历史发展过程, 不同的社会性质, 不同的民族性格和思维模式、宗法观念、伦理道德, 自然也就会有称谓词上的巨大差异。而且中国对外开放进程加快, 受到西方文化的冲击, 汉语中的称谓词也出现了很多变化, 我们更应该去粗存精, 帮助整个汉民族的语言和文化朝着更加健康的方向发展。
摘要：称谓是在人类社会中用来对特定人际关系和身份角色的称呼, 称谓是社会地位、社会关系的标志, 在一定程度上反映了社会的文化和思维及交际方式。而每个国家和民族由于历史文化及思维方式的不同, 反映在称谓上也就体现出了一定的差异。称谓大致可分为亲属称谓和社交称谓两类, 本文将以跨文化交际为视角, 比较汉、英两种语言中亲属称谓的差异, 并以此来探微两种语言各自承载的文化差异。
关键词：称谓语,中西文的差异,汉英对比
参考文献
[1]丁夏.称谓与文化——从对外汉语教学的角度看汉语称谓词语[J].清华大学学报, 2005.
[2]肖丽梅.文化角度下汉英亲属称谓语差异对比研究[J].现代商贸工业, 2011:3.
[3]胡明扬.汉语礼仪用语及其文化内涵[M].上海辞书出版社, 2004.
[4]汪克慧.英汉称谓语差异的文化透析[J].湖北经济学院学报, 2010:5.
折射率对比度 篇2
我们了解深厚的、背后的文化可以通过研究外在的、可考的语言行为,相应的,我们要探求詈语的文化蕴涵,可以通过研究詈语这一语言行为。下面我们试图分析从詈语所反映出来的中美价值观念的不同。
一、平等观
平等是指人们应该在社会生活的各个方面享受公平、相等的待遇,比如在政治、经济、法律等方面。下面我们主要从五个角度考察詈语所反映出来的社会生活中的关于“平等”的问题。
1. 权力和地位
王寰认为,汉英秽语的共性受荷兰学者Hofstede总结出的五个文化维度之一“权力距离”的影响。根据Hofstede的理论,权力距离是指:一个机构中的弱势群体接受权力分配不公的程度……权力距离普遍存在于一切文化中……权力距离存在于上下级之间,或者长辈与晚辈之间,或者男性和女性之间……中西文化之间的诸多差异决定了根植于不同文化的语言之间的差异[2]。
语言中的歧视现象正是对于社会生活中的各种“有所区别对待”的社会现象的准确反映,它反映了人民大众的普遍心态,也反映了社会中存在的一种意识形态。有时人们会通过詈语来宣扬自己的权力和地位、贬低别人低他一级;也有人通过使用詈语挑战有权有势的人:
(1)《海角七号》中的老伯非常想要参加乐团,但是事实证明年轻人更适合,老伯发火了:干!要回答得这么快吗?不考虑就回答!
2. 家族和血统
汉语詈语常常涉及对方的长辈,而英语詈语则往往直接指向受詈者本人,这主要体现了中国人有着浓厚和强烈的家的观念。摧毁一个家族自信心的往往是子嗣的血统问题,中国人强烈的家族和血统意识无疑成了詈语的主要攻击对象,“断子绝孙”类的詈语恐怕用在美国人身上起不到什么明显的使用效果。相比而言,美国文化中关于孩子血统的问题最终会归结到夫妻关系上:
(2)You swine!You coward!You cad!You dare judge me in my misfortitude?You dare to ask me the question who is the father of my child?(Fame)
3. 性别差异
(3)《当爱来的时候》有这样一段话:为什么女生不可以玩?为什么我只是玩玩就被骂不三不四?这段话引出关于“性别差异对待”的问题。社会生活中长期的男女分工的不同,以及文化传统和社会观念对于男性和女性角色的不同定位,使得男女的社会地位和权力都不平等,也导致男女使用话语权的不同,造成了语言中的性别歧视现象。
4. 民族和种族歧视
中国古代有“非我族类其心必异”的大汉族主义,美国黑人长久以来的争取权力和地位的斗争历史,都属于这类关于民族、种族的不平等现象。美国人称黑人为“nigger,niggra,niggruh”,带有明显的种族主义色彩。比如美国电影里面常嘲笑其他国家和民族的情况:
(4)Coons are trying to get into school...Not raccoons.Niggers.And they want to go to school with us.(Forrest Gump,美国白人歧视黑人。)
5. 动物歧视
人类常常觉得自身比动物高贵,所以常有把人贬斥为动物的詈语。中国电影中有各种贬斥人为动物的詈语:
(5)又上了这狗东西的当(《不见不散》)。中国电影中常见的是骂人为狗。
在美国电影中也有骂人是动物的情况,但是比较少:
(6)Thelma and Louise中Thelma在向别人介绍她的朋友Louise和她的老公处不来:Louise and him don’t get on.She thinks he’s a pig.Louise听到以后说:That’s putting it mildly.(说我们处不来是太客气了。)I know he is a pig.
二、婚姻观和性观念
我们可以从以下几点做了解:
第一,不顾法律制度和伦理道德规范的人往往成为受詈者。
(7)《失恋33天》中,施詈者骂男朋友背信弃义:放屁,咱仨天天混在一起,前两天咱还商量夏天去哪儿度假。你俩把我当什么呀?
第二,詈语中涉及很多性詈语,这主要是跟我们的思想意识有关系,越是私密的越是把它拿到台面上来骂,显示出施詈者敢于挑战和十分激动的心理和情绪。
(8)在House Broken中就有各种关于女性的詈语:cock,sucker,bitch,hole(混蛋婊子),shank(俗女人)等。
第三,在性的解放程度上,中美存在很大的不同。受到中国传统思想的限制,即使到现在我们仍然避讳在公众场合直接谈性,在私下里使用也需十分谨慎。性在中国还处于半禁忌的状态,在一些电影中,不管是性詈语还是有关性行为的词语都不能比较开放地呈现给观众。
(9)在《爱情的牙齿》中就用“耍流氓”代替了求爱和男女关系。
美国的性解放指的是性自由,他们反对的是传统的性约束和性禁忌,提倡的只不过是人性在性这一领域的解放,指的并不是性随便,而且既主张人性自由,又不得不考虑到人们作为个体还拥有隐私权,性是属于隐私范围内的。
(10)Dracul中,施詈者的挚友在评价施詈者开放的未婚妻:And may I say Miss Lucy is hotter than a June bride riding bare back buck-naked in the middle of the...施詈者听到这里不高兴地打断道:I would watch my colonial tongue,if I were you.不允许他的挚友再继续谈论下去,即使他的未婚妻跟他的挚友也很熟。
三、宗教观
中国的宗教发展相对来说一直比较和平,在日常生活中和电影中只有涉及一些宗教教义的詈语,比如骂别人“永世不得超生、下十八层地狱”等就涉及佛教的转世概念。在西方社会,基督教徒是不能轻慢地提到神或上帝的名字的,提到这些词就是对上帝的不敬,只有在骂人时才被使用,这是英语语言中所特有的现象[3]。上文中我们分析詈语所涉及的内容时,也指出在美国电影中,关于基督教的詈语比较多。
(11)Forrest Gump中,失去了双腿的上校跟Forrest说牧师开导他时曾说过上帝会与他并肩在天国散步:Did you hear that what I said?Walk!Beside him in the kingdom of heaven!Well,kiss my crippled ass.God is listening?What a crock of shit!
四、道德品行观
东西方文化包含着共同的精神追求,比如为真理而不惜牺牲的精神、宁愿有尊严地赴死也不愿苟且偷生的精神等,违背了基本的价值或道德标准的人自然要成为受詈者。中国人除了伸张正义、弘扬道德规范之外,有时也要回归到传统文化中的修身养性的观念中,强调对自我的要求。
(12)在《我愿意》中有这样一段对话,显示出施詈者主张人要管好自己就好了,不要多管闲事:你这是干涉人家内政,是非常可耻的行为。
通过施詈者对人们道德品行做鉴别的现象,我们可以看出美国施詈者讲求的是以个人为本位,是对于自我的追求:
(13)Scent of a Woman中已退休的上校批评Baird大学董事会不分好歹:I don’t know who went to this place.Willan Howard Taft.Willam Jennings Bryant.Their spirit is dead,if they ever had one.It’s gone.You’re building a rat ship here,a vessel for seagoing snitches.And if you think you’re preparing these minnows for manhood.You better think again.Because I say you’re killing the very spirit,this institution proclaims it instills.What a shame!You hurt this boy,you’re gonna be Baird bums,the lot of you.
五、个体与群体观
中国人使用秽语时常常殃及无辜的第三者,秽语较多地指向家庭谱系成员;而西方人则直接指向对方,纠缠于被骂人本身,很少把第三者牵涉进来[2]。诚如上述研究者的观点,中国作为集体主义的代表,美国作为个体主义的代表,两国对于个体和群体观念的不同,直接导致了詈语使用的不同,在中国人的思维方式里,一颗老鼠屎可以坏一锅汤,我们善于笼统的划分出某一类人并对其做评价。而美国常常存在的就是对于个体的追求以及对群体压抑个体现象的反抗。下面的片段可以在某种角度上体现中国式的集体主义观:
(14)她整天和男生眉来眼去的,还和三班那眼镜在小树林里搞破鞋。这种人放在咱们班,咱们班风气成什么啦?我们要逼她退学,你可别挡道(《爱情的牙齿》)。
六、生命观
不管是西方文化还是中国文化中的生死观,都是以生为主,生是人存在的形式和人生的意义所在。对于死,则因为它的必然性,回避或是坦然面对,都表明一种对死的无奈,而且正因为有死,才更应珍惜生,爱恨相倚,正是因为我们重视生命,才会出现很多关于生死的詈语。在中国,谈论死总会给我们带来或多或少的心理上的恐惧,延伸到学校教育上,我们很少开展探讨“死”,“死”跟“性”一样,因为不被涉及,平添很多神秘;而西方国家可以进行生死教育,使学生可以直接面对死亡,探讨死亡。这种差异从某种角度上来说就造成中国咒死詈语的发达和丰富。
(15)阉贼,你的手下跟你想害的人都在这儿看着你,他们会把你的下场公诸天下的,上路吧《龙门飞甲》)。
而美国的生死类詈语更倾向于单纯地认为受詈者该死:(16)You let her go,you fucking asshole or I’ll splatter your ugly face all over this nice car.(Thelma and Louise)
摘要：詈语是应人们的需要向生活中的禁忌宣战,通过打破传统和常规达到发泄自己情绪的目的的一种特殊的语言形式。通过分析中美电影作品中的詈语,我们可以从另一种角度探究中美价值观念的不同,增强我们对于两国文化的理解,促进跨文化交际,主要从平等观、婚姻观和性观念、宗教观、道德品行观、个体与群体观和生命观六个方面进行分析。
关键词：中美电影作品,詈语,价值观念,对比
参考文献
[1]沈锡伦.中国传统文化和语言(增补本)[M].上海:上海教育出版社,2004(7).
[2][4]王寰.汉英秽语的文化解析[J].大学英语,2010(2).
负折射率超材料实现光线增强 篇3
普渡大学电子和计算机工程系教授弗拉基米尔·沙拉耶夫团队用渔网样薄膜和银、氧化铝叠层研制出新的光学超材料。他们将银和不传导的氧化铝交替层堆叠在一起, 在薄膜上挖出直径100nm的小洞, 小洞交织在一起呈现出渔网图样, 接着蚀刻掉银层之间的一部分氧化铝, 并代之于一种由能增强光线的彩色染料制成的“增益介质”。该材料是一种可增强光线的负折射率超材料, 从而扫除了超材料在光学技术领域大展拳脚的根本障碍。新研究预示着, 研究人员能据此研发出功能超强的显微镜、计算机甚至隐形斗篷。相关研究成果发表在8月5日出版的《自然》杂志上。
由负折射率引发的教学思考 篇4
一、什么是负折射率
关于折射定律初中物理教材是这么说的: 在自然物质中,折射光线总是与入射光线分别位于法线的两侧。然而就像北京这道高考题描述的一样,近几年来研究发现,某些特殊的材料可以使光线向相反的方向折射,即当光线从普通材料斜射到负折射率材料上时,折射光线向入射光线方向偏折而不是向法线另一方向偏折。
这种材料就是负折射介质,又称左手媒介材料,是当介电常数和磁导率同时为负时的一种崭新的人工合成电磁材料。前苏联科学家VG Veselago在1968年首先提出可能存在介电常数和磁导率同时为负的负折射率介质。由于自然界中没有天然的负折射率介质,所以他的预言一直未受到重视。直到1998年英国皇家科学院的Pendry JB提出制作负折射材料的思路,美国加州大学圣迭戈分校的Smith DR等人在Pendry JB的理论研究基础上将导电开口谐振环和金属线按照一定图案周期性排列,首次构造出介电常数和磁导率同时为负的人工复合介质,并观测到了微波的负折射现象,从而重新点燃了人们对“左手材料”研究的热情。尤其是在2003年,“左手材料”的研制赫然进入了美国Science杂志评出的2003年度全球十大科学进展,引起全球瞩目。近几年关于负折射介质出现了许多新的成果并在许多领域有重大的应用,如延迟线耦合器、天线收发转换开关等方面。
二、负折射率的理论基础
在人教版物理3 - 4中关于折射率是这样描述的: 任何介质的折射率都大于1。现在从电动力学的角度推导负折射率存在的理论基础。
由Maxwell方程:
由此可知在常规介质中电场强度E,磁场强度H和传播矢量k之间符合右手螺旋关系。假如介质的μ和ε 中一个是正数而另一个是负数,这时k2=ω2με < 0,k无实数解,即方程无波动解,电磁波就不可能在其中传播。
如果介质的ε和μ 都小于零,k2=ω2με > 0,k有实数解,即方程有波动解,电磁波就可以在其中传播,但是传播的规律与在常规介质中的规律不同。从上述式可以明确看出,对于这种介质,E,H和k三者不再满足右手螺旋关系而是满足左手螺旋关系。这种媒质被Veselago称为“左手介质”,而把通常的介质称为“右手介质”。
三、对中学物理教学的启示
无论是在初中物理教材还是高中物理教材中,折射率n都是被描述一定是大于1的。在前面的介绍中,不论是从理论上还是实验的证实上,随着科技的进步,物理学的完善,科学家们发现了负折射现象。一线物理教师在讲授折射率时如果还是照本宣科,不去介绍一些关于折射率的物理前沿知识,显然是不符合新时代对物理教师的要求的。传统的物理教学只涉及物理学基础内容,但是物理学是一个系统,需要不断地更新和完善。物理学中的基础知识、内容框架并不是一成不变的,是在发展中不断完善的。物理教师传授给学生的应该是物理的思维、物理的方法,而不是死的知识,将物理学的前沿知识排斥在物理教育之外,易使学生丧失创新性。
基于SPR的液体折射率检测研究 篇5
文中通过Mathematica软件仿真,首先分析待测介质折射率变化对表面等离子体共振反射谱的影响,同时进行了灵敏度的标定。在此基础上,设计并开展了溶液折射率测定实验,得到了较优的反射光谱曲线及灵敏度变化曲线,验证了理论结果,将实验曲线进行数据处理可以实现对介质折射率的测定,为新型折射率传感器的设计打下基础。
1 SPR基本原理及理论仿真分析
1.1 SPR基本原理
目前,基于SPR原理测量待测溶液折射率变化的实验模型多采用Kretschmann模型[7],即“玻璃棱镜-金属薄膜-待测溶液”,如图1所示。Kretschmann模型采用真空蒸镀等方法在棱镜全反射表面镀一层数十纳米厚的金属薄膜,并将待测溶液与金属薄膜接触。在满足一定条件下,实现入射光波与表面等离子波SPW(surface plasmon wave)波矢匹配,产生等离子体共振,入射光能量被吸收,导致反射光能量急剧下降,从而在反射光谱上出现吸收峰以达到检测待测溶液折射率的目的。同时,为达到波矢匹配,需要入射光存在平行于金属薄膜表面传播的电场分量[8],所以入射光应选取TM偏振光。
由于光的固有频率在介质中传播不会发生改变,所以透入到金属薄膜的倏逝波的频率与入射光相同,其波矢量在x轴方向为
式(1)中w为入射光的角频率,θ0为入射角,c为真空中光速,ε0为棱镜的介电常数。
在金属薄膜与待测溶液的分界面上,根据Maxwell方程推导出的SPW波矢kspw为
式(2)中ε1为金属薄膜介电常数实部,ε2为金属薄膜表面待测溶液的介电常数。若倏逝波与SPW波传播方向及频率相同,则能出现共振。因此当kx=kspw时,就会产生表面等离子共振现象,表现为部分入射光能量被SPW吸收。此时的入射角θ0即为共振角θ,可由式(1)、式(2)推得。
1.2 理论仿真及分析
根据上述Kretschmann结构模型,文中采用模拟角度扫描[9]的信号检测方法,即采用固定入射光波长,改变入射角度的方法,利用软件Mathematica进行理论仿真模拟。仿真取入射光波长为650 nm在该波长下的金薄膜Au介电常数εAu为-16.24+1.24i(此值考虑到金属的色散),金薄膜厚度d=30nm,棱镜的折射率n0=1.515,待测溶液的折射率n2分别为1.332 8、1.345 0、1.352 1、1.360 2。模拟入射角在60°~85°之间变化时的SPR现象的光谱图,如图2所示。从图中可以发现,不同折射率的样品溶液,其反射光谱曲线均先上升,之后快速下降至某一最低点(即达到共振角)再回升,对于不同的溶液样品,其反射谱中的共振角值不同。进一步分析发现,随样品溶液折射率从1.332 8逐渐增大到1.360 2时,反射光谱中共振峰的位置相应向右偏移(蓝移),其对应的共振角也逐渐增大。这表明改变样品折射率将会影响SPR共振角度值,且两者具有对应关系式(3),依据该关系式,理论上可以通过检测反射谱共振角确定待测样品的折射率。
此外,灵敏度是衡量SPR理论仿真的重要参数指标,其意义可表示为共振角(或波长)与被测样品折射率变化量之比[10]。根据图2,对理想条件下不同折射率样品下的共振角进行数据提取,依次得到折射率n2为1.332 8、1.345 0、1.352 1、1.360 2时的共振角69°、70.4°、71.2°、72.2°,如图3所示,经线性拟合计算该条件下的灵敏度可达到116.3deg/RIU。
利用上述现象中,对应反射率最低点的SPR共振角随样品折射率变化的特性,可以进行溶液折射率的检测。在进行样品溶液折射率测定时,通过多次改变入射角的值,可以得到反射率随入射角变化的曲线,从而得到该样品溶液所对应的SPR共振角。
2 检测及分析
2.1 检测装置
采用基于SPR原理测量样品溶液折射率的实验平台如图4所示,主要包括:所使用的光源为红色半导体激光器,波长为650 nm;角度旋转装置包括角度旋转转轴,三轴位移平台等,其型号为Philips XRD PW3020,主要用于实验中改变入射角;制作的Kretschmann测量模型由镀有Au薄膜的K7玻璃棱镜和样品槽组成;光电探测器由光功率计和与光功率计配套的探测器构成,用于实验中光强度检测。
在实验过程中入射光首先经棱镜外表面折射,然后以大于全反射角度值入射到棱镜-金薄膜界面,因此在该实验过程中需要对入射光方向进行前期调整,从而满足全反射条件,如图5所示。实验中采用的棱镜横截面为等边三角形,经计算得到的实际入射角θ0关系式为
式(4)中θin为入射光在棱镜外表面入射角,n0为棱镜的折射率。
激光器发射光源的波长为650 nm,棱镜采用K7玻璃(折射率为1.515),对棱镜全反射界面镀一层约30 nm的金属薄膜,将测量模型安装在角度旋转转轴上,从而通过个人PC精确控制角度旋转转轴改变入射角度。实验样品采用配置的蒸馏水与酒精混合溶液,之后利用商业折射率计(其标准波长589.3 nm)对混合溶液进行折射率测定,并放于制备好的样品槽中,样品槽中溶液能实现与金属薄膜表面充分接触。实验中通过对光电探测器接收到的光强信号进行数据采集及整理,这样就可以得到不同折射率条件下混合样品溶液的反射光谱图,即反射光强度与入射角变化曲线。
在本实验中,光源没有经过偏振器,从而该入射光源存在P偏振光和S偏振光,光强各占50%。由于S偏振光不能激发SPR现象,并且当光源以大于全内反射角入射到棱镜-金薄膜界面时S偏振光的反射率接近1。因此,光源不经过偏振器,理论上对实验获得的光谱曲线变化影响微弱,可忽略不计。
2.2 结果分析
实验中改变蒸馏水与酒精的配比量,经折射率计检测得到混合溶液折射率分别为1.332 8、1.345 0、1.352 1、1.360 2。经实验获得的反射光强度与实际入射角θ0关系如图6所示。从曲线中可以看到,与理论分析基本一致,反射光强度存在最小值(此时的光强反射率也为最小值),且最小光强对应的入射角(即共振角)依次为72.47°、73.11°、74.27°、74.73°;四种混合溶液折射率越大对应的共振角也越大,但对应的共振角实验值与理论值存在一定偏差,偏差值约为3°。经分析比较,理论曲线是建立在理想条件下平面TM偏振光入射。而在实验过程中,经过棱镜表面的透射光强度会受到入射角度的变化影响;实验中金属薄膜及样品溶液对光能量存在一定吸收;实验测得的数据进行曲线拟合时也存在一定的拟合误差。综上所述,实验所得的SPR曲线与理论曲线会存在一定的偏差。
另外,灵敏度作为衡量该SPR测量实验的重要参数指标,在测量实验中会受到光源波长,棱镜,金属薄膜材料等因素的影响[10]。在本实验中,对图6中不同折射率下的共振角进行数据提取,绘制灵敏度曲线如图7所示。对灵敏度曲线进行线性拟合获得的灵敏度值约为86.88 deg/RIU,为该实验下测得的灵敏度值。在实际应用中,为实现溶液折射率的测量,可以对实验得出的灵敏度曲线进行误差校准,然后将灵敏度曲线数值离散化,将其以二维表的形式存储到微处理器中,在检测到共振角度值后,利用查表的方法得到待测溶液的折射率值。为提高溶液折射率测量的准确性,在之后测量实验中,可以通过减小相邻的待测溶液折射率差值获得更密集的共振角值,从而获得更精确的灵敏度曲线,此工作有待进一步进行。
3 结论
本文提出了一种基于SPR测量样品溶液折射率的检测方法。该方法首先通过利用Mathematica仿真软件,分析了SPR的工作原理,研究了不同折射率的待测样品对Kretschmann模型SPR传感特性的影响,发现样品折射率不同其共振角不同,且随样品折射率增大其对应的共振角也增大。在此基础上,通过折射率测量实验进行了验证分析,并对测量结果进行了误差分析,标定了检测灵敏度值可达86.88 deg/RIU。研究结果为用SPR原理设计折射率计奠定了基础。
摘要：精确的折射率测量可以深入的了解介质微小的物理或者化学变化。提出一种基于Kretschmann棱镜结构的SPR折射率检测方法。首先利用Mathematica软件重点分析Kretschmann模型结构下待测样品折射率变化对表面等离子体共振吸收峰的影响,得到吸收峰随样品折射率的变化关系。在此基础上,构建Kretschmann模型并进行了酒精与水混合溶液的折射率测量。最后得出该方法能够有效检测到样品反射谱曲线,且与理论曲线趋势基本一致,在1.33~1.36折射率范围内检测的灵敏度可达86.88 deg/RIU。本研究方案对研制表面等离子体共振折射率传感器具有良好的价值。
关键词：传感器,折射率检测,表面等离子体共振,灵敏度
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用光速测定仪探究水的折射率 篇6
折射率是光学介质的一个重要的物理参数,反映了物质的光学基本性质。液体的折射率与其浓度存在着一定的关系,如果能建立起两者之间的经验公式,则已知其中的任意一个量就可以计算出另一个量,这在生产部门和中学及高校实验中是很有实用价值的。目前测量透明介质折射率的方法和仪器很多,普遍采用的是分光计法,但分光计的调整过于复杂,且操作不便。本文采用一种新的方法进行实验,利用光速测定仪,通过改进仪器的光路,以达到测量水的折射率的目的。
2设计方案
2.1研究目标
本实验是利用水介质放入其中一个光路中改变该光程从而测出水的折射率。
2.2主要内容
本实验是利用激光束通过声光移频器,获得具有较小频差的两束光,它们迭加则得到光拍;利用半透镜将这束光拍分成两路,测量这两路光拍到达同一空间位置的光程差和光拍的频率从而测得光速。在实验中将一光路上放上待测介质,由于光程被改变要达到原来的状态,即两光拍相位差2π,必定要移动可滑动滑块B,当两束光程差又为2π时示波器上的两波行再次重合。根据公式:
即可测算出水的折射率。
3实验原理
根据光程定义,当真空中传播的光通过折射率>1的透明介质时,其光程将增加。设透明介质沿光路方向长度为d,未将其放入光路中时,光在这段距离d内的光程为(c为光速)。若将透明介质置于光路中,则光在介质中的光程为vd=cnd。因此,透明介质加入前后的光程差为cd(n-1)(n为折射率),相当于光在真空中传播d(n-1)的光程,如图1所示。
光速c=s/Δt=fλ′λ可以方便地测得,但光频f大约104Hz,我们没有那样的频率计。如果使f变得很低,例如30MHz,那么波长约为10m。这种测量方法是十分方便地。这种使光频“变低”的方法就是所谓“光拍频法”,简称“光拍法”。本实验是利用激光束通过声光移频器,获得具有较小频差的两束光,它们迭加则得到光拍,利用半透镜将这束光拍分成两路,测量这两路光拍到达同一空间位置的光程差(当相位差为2π时光程差等于光拍的波长f)和光拍的频率从而测得光速。在实验中将一光路上放上待测介质如图2所示,由于光程被改变要达到原来的状态,即两光拍相位差2π,必定要移动可滑动滑块B,当两束光程差又为2π时示波器上的两波行再次重合。
根据无介制和有介质时光程相同可以推得介质的折射率为:
其中l1=e+f′l2=e′+f′l2
4实验过程
调节好仪器和光线,使远光程、近光程的光斑都打在仪器的光敏面上,打开斩光器,然后移动可移动滑块B,直到示波器上两光波完全重合,如图3所示。测量远光程中的e,f段数据。继续实验,在远光程中放上装满水的玻璃管,如图4所示,此时由于光线穿过介质而发生了改变,再次调节可移动滑块B,直到两光波再次完全重合,如图3所示。
在测定一些液体的折射率的时候,一些液体可能有毒,不小心沾染染到液体会对人体造成危害。使用本实验的方法可以避免危害。可以广泛的用在化工、医药、食品、石油等工业部门及中学、高校用于测量液体折射率的实验中。
参考文献
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折射率对比度 篇7
将现在比较热门的SPR技术与测量溶液浓度相结合。研究SPR技术在溶液浓度测量方面的应用,利用光激发棱镜表面等离子体共振技术和光强检测SPR传感器模型测量溶液浓度。为测量与研究,详细说明了实验方案以及各种装置的选择,并用测量结果验证浓度和折射率的线性关系,用MATLAB仿真光反射率与棱镜折射率的变化规律。
1 实验系统的总体设计方案
溶液的浓度是表征溶液特性的主要参数之一,对溶液浓度的测量与控制在造纸、化工、制糖、乳制品、制药、饮料等行业中有着广泛的应用,它是保证和提高产品质量的重要技术手段。在以棱镜反射光为基础的测量方法,在入射角小于临界角情况下的测量依据菲涅耳公式[3]。基于光激发表面等离子体测试溶液浓度,由于在靠近临界角的区域反射能量随角度的变化十分显著,所以测量的灵敏度较高,因此采用反射方式直接进行检测,做到快速简便,在现实中有广泛的应用。
在基于SPR的设计中,从激光器出来的光经P光起偏器产生TM波,TM经过光纤耦合器,垂直进入传感棱镜的底部并发生全反射,在金属薄膜和待测介质的界面激励表面等离子体共振,反射光经过光纤准值器耦合到达光探测器。其设计方案如图1所示。
2 溶液浓度测量设计
分别对不同浓度的食盐水溶液和蔗糖水溶液进行了测量,确定浓度与折射率之间的关系,再用所设计的光纤溶液浓度传感器进行测量,比较所得结果。
2.1 用数字阿贝折射仪测出各份溶液的浓度
首先配置食盐水溶液和蔗糖水溶液,准备5等份的食盐和蔗糖,每一份有5 g,取200 mL的水然后逐步将食盐或者蔗糖溶解在水里,每溶解一份就测量一下数据,并做下记录。由记录的数据经过EXCEL进行线性相关度的计算,可得到食盐溶液的拟合系数a≈-4 175.8,b≈3 114.2和相关系数R≈0.995 1,由此得到食盐溶液的浓度和其折射率关系的数学模型为y=3 114.2n-4 175.8,计算图2和折射率关系图3如下:
记录下的蔗糖溶液浓度和折射率的关系数据经过EXCEL进行线性相关度的计算,可得到蔗糖溶液的拟合系数a≈-726.84,b≈547.21和相关系数R≈0.998 5,由此得到蔗糖溶液的浓度和其折射率关系的数学模型为y=547.21n-726.84,计算图4和折射率关系图5如下。
2.2 结果分析
根据两种溶液的相关系数R和图2图3知,在溶液浓度较低时,其浓度与折射率显著线性相关,说明作线性拟合是合理的。说明了溶液浓度较小时,溶液的浓度与其折射率近似成线性关系[1]。
3 Matlab编程仿真研究SPR
3.1不同折射率棱镜与SPR传感器共振角的关系
SPR传感器的反射率取决于棱镜的介电常数ε0,入射角度θ,金属膜的相对介电常数ε1,金属膜的厚度d,以及待测物质的介电常数ε2,其中待测物介电常数是我们需要得到的量值,金属膜的厚度和介电常数一旦选定,不再改变[6],故需要求出不同角度下,反射率与共振角度之间的关系,以确定最大共振角度。
由图6可以得出,不同的棱镜材料对于测量的结果有影响。棱镜折射率越大,共振峰值角越小。因此,从本测量仪器应用范围,性能和使用稳定性综合考虑,选用了折射率为1.52的K9光学玻璃材料的棱镜。
n1,n2显示了理论计算三层结构中,金膜和银膜的SPR共振角—反射率曲线,从图中可以看出,在相同条件下,金膜的共振峰深度、共振角度以及峰值半宽度这三个特性都比银膜好,而且金膜可以确保在无保护膜情况下不易氧化,能够在空气中稳定使用,综合考虑选定金膜为敏感膜。
3.2 光强度调制型SPR传感器测量溶液浓度
由于SPR是入射光的倏逝波与被测介质表面的等离子波形成共振,所以只要能达到共振就会有SPR现象产生。固定的入射角最好大于或接近测量范围内最大浓度对应的蔗糖溶液的全反射临界角。选棱镜的折射率为1.52,光源波长为633 nm,测量蔗糖溶液的浓度所对应的折射率范围为1.77～1.79,折射率为1.79的蔗糖溶液所对应的全反射临界角为56.6°,这样固定的入射角必须大于56.6°。当入射角分别为56.8°,59°,65°时,通过仿真得到介质折射率与光强反射率的变化关系如图7所示。
图5中实线对应的入射角为56.8°,点线对应的入射角为59°,虚线对应的入射角为65°。从图可以看出,入射角为53.8°时曲线的斜率最陡,也就是说具有较高的测量灵敏度;入射角为59°与65°曲线比较平坦,此入射角时测量灵敏度较低。因此,固定的入射角角度大于或接近于测量范围内最大浓度对应的全反射临界角时,测量灵敏度较高。在固定入射光角度、棱镜折射率、金属膜材料和厚度的情况下,在测量范围内随着待测液体的折射率 (溶液浓度) 逐渐增大,反射率逐渐减少,并且是一条线性函数。所以可以从此测量曲线中算出不同浓液的浓度。
4 结论
从实验所得到的浓度和折射率的关系可以看出:在取平均温度的情况下,对于食盐溶液和蔗糖溶液来说,它们的折射率与浓度的对应关系有线性关系。
我们从其他科研人员用棱镜传感器对牛奶溶液的测量结果中可以看出:牛奶的压差比和折射率也有着线性关系[7]。测量结果与实际计算值也吻合的较好,试验中棱镜传感器的不确定度优于1%。在测量压差V0,V1时应尽量保证折射率为n0及n1的溶液具有相同的温度,这样可以消除温度差异对传感器探头介质折射率的影响。从而提高温差比的测试值V0,V1的准确性,减小系统误差。
参考文献
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