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1、普通物理实验C课程论文题目：超声光栅声速测定专业年级：物理学08级4班姓名：赵珊学号：222008315011187指导教师：孙卫伟论文成绩：答辩教师签字：目录摘要................................................................1关键词............................................................1正文1超声光栅声速测定法的提出背景............22实验原理…………………………………32.1超声光栅形成原理2.2超声光栅测定声速的理
2、论依据2.3驻波像的形成2.4测量波长的方法和特点3实验研究3.1CGS超声光栅声速测定仪器介绍…3.2实验操作3.2.1利用干涉法、相位法测定液体声速3.2.2利用二次干涉法测定液体声速3.2.3利用超声波驻波像测定声波波长3.3实验注意事项3.4实验数据记录与处理3.5讨论与分析4结束语参考文献附录1引言1922年，布里渊曾预言，当高频声波在液体中传播时，如果可见光通过该液体，首次提出对可见光产生衍射效应。这一预言在十年后得到验证,这一现象被称作声光效应。若声光作用距离L较小,光波通过时,介质折射率的空间周期性变化性质可近似认为是时间不变的,其位相受到的调制
3、,如同经过一个正弦位相光栅,正弦位相光栅与普通平面矩形光栅的衍射主极大满足类似的光栅方程。1935年,拉曼(Raman)和奈斯(Nath)对声光效应进行研究发现,在一定条件下,声光效应的衍射光强分布类似于普通的光栅,所以也称为液体中的超声光栅,超声光栅是一种可擦除的实时光栅,它的光栅常数和位相调制深度可以通过超声波的频率和振幅来控制,因此,越来越引起人们的关注,尤其是利用超声光栅产生的多普勒频移技术,在外差干涉测量等许多领域得到了广泛应用。近年来,随着激光技术的发展,声光相互作用又重新引起人们的注意,超声光栅已成为控制光的强度、传播方向等的实用方法之一,并得到日
4、益广泛的应用。M.S.Greenwood等人利用超声光栅衍射谱(UDGS)来表征泥浆,从而测量它的颗粒尺寸;梅振林等人将超声光栅用于声速的测量,设计出一种切实可行的仪器并将其用于大学物理基础实验。其中，CGS型超声光栅声速仪为大学物理实验仪器。2实验原理2.1超声光栅形成原理（驻波、声光结合原理）2.1.1驻波的形成当一束波长为，周期为的平面正弦超声波在液体里传播时，波前进路径上的液体波周期性地压缩与膨胀，其密度会发生周期性的变化，形成疏密波。液体对光的折射率与液体的密度有关。疏密作用会使液体密度减小、折射率减小。压缩作用会使液体密度增大、折射率增大。如果在超声
5、波前进的方向上放置一个表面光滑且与超声波波阵面平行的金属反射板，那么到达反射板表面的超声波将反射而沿反方向传播。在一定条件下，前进波与反射波叠加而形成驻波。2.1.2超声光栅的形成在光学上，任何装置只要它能给入射光的相位、振幅或者俩者同时加上一个周期性的空间调制，都可以称为光栅。某时刻，驻波的任一波节俩边的质点都涌向这个节点。使该节点成为质点密集区，而相邻的波节处为质点稀疏区。半个周期后，这个节点附近的质点又向俩边散开变为稀疏区，相邻波节处变为密集区。随着液体密度的周期性变化，折射率也呈周期性变化。于是当一束光沿垂直于超声波传播的方向通过液体时，光就像通过一个透
6、射光栅那样，产生衍射现象，这种由超声驻波在液体中传播形成的液体光栅称为超声光栅，其光栅常数等于超声波波长入。注意：光在液体中的传播速度约为3.E+08m/s，因此，可以认为光在通过液体的一段时间内其光栅结构不随时间改变，因此，超声光栅与一维光栅有着相似的作用，其光栅常数越小（超声波的频率很高），衍射作用就越明显。当超声波频率比较低（如2Mhz左右，其光栅常数约1条线/mm）此时，光的衍射效果可以忽略，直线传播性质明显，只能显示光栅的自身影像，即超声驻波像。2.2超声光栅声速测定的理论依据利用超声光栅测量液体声速的方法是：在频率已知的情况下，测量波长然后利用关系式
7、C=f计算声速值。式中c为声速，f为声波频率，为声波波长。测定声波波长可以用俩种方法。一是，利用较高频率的超声驻波形成衍射效果明显的光栅，来测定光栅常数即声波波长。二是，利用较低频率的超声波建立驻波，然后利用驻波自身像测定声波长。CGS超声光栅声速测定仪就是利用频率为1710KHZ的超声驻波自身像来测定声波波长仪器，这种方法通常为振幅栅法。CGS型超声光栅声速测定仪工作原理：当压电晶体Q被信号发生器B激励产生超声波时，适当调节反射板E使槽内形成驻波。这时如果用具有一定扩散角度的线状光源垂直于声波方向照射液槽，在液槽的另一侧的专用光屏上可以观察到光线被超声驻波调制
8、而产生的明暗相间的条纹，
