超声光栅测速实验.ppt

超声光栅测速实验
主讲教师: 陶灵平
1922年布里渊(L·Brillouin)曾预言,当高频声波在液体在传播时,如果有可见光通过该液体,可见光将产生衍射效应。这一预言在10年后被验证,这一现象被称作声光效应。
1935年,拉曼(Raman)和奈斯(Nath)对这一效应进行研究发现,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。
超声光栅效应是声光相互作用的一种典型类型,尤其是在声光作用距离较小情况下,光波通过介质时,介质折射率形成近似不随时间变化的空间周期性分布,因而光波通过这种周期性分布的介质时,其位相会受到调制。
引言
超声光栅是一种可擦除的实时光栅,其光栅常数可以通过超声波的频率来控制,利用超声光栅技术可以对声波特性(如频率、波速、波长、声压衰减、相位等) 等进行测量。也可以进行声波定位、探伤、测距;检测声学在实际应用中也越来越广泛,例如无损检测、探伤、流体测速、定位、测距等声学检测领域也尤为重要。特别是超声光栅的多普勒频移技术,在外差干涉测量等领域得到了广泛的发展。
近些年,随着激光技术的发展,声光相互作用在控制光的强度、传播方向等方面又得到了新的应用。因此研究液体中的超声光栅现象具有重要的实际意义。
引言
实验目的
实验原理及仪器
实验内容
数据处理
思考题
注意事项
目录
1、了解声光效应的原理;
2、掌握利用声光效应测定液体中声速的方法;
3、掌握测微目镜的使用方法。
实验目的
对某些电介质晶体施加机械应力时,晶体因内部正负电荷中心发生相对位移而产生极化,导致晶体两端面上出现符号相反的束缚电荷,其电荷密度与应力成正比。
这种没有电场作用,由机械应力的作用而使电介质晶体产生极化并形成晶体表面电荷的现象称为压电效应。当机械应力由压应力变成拉应力时,电荷符号也改变。
压电效应
实验原理及仪器
电致伸缩效应
与压电效应相反,将具有压电效应的电介质晶体置于电场中,电场的作用引起电介质内部正负电荷中心产生相对位移,而这一位移又导致介质晶体发生形变。
晶体的这种由外加电场产生形变的现象称为逆压电效应也叫电致伸缩效应。晶体形变的大小与外加电场强度成正比,当电场反向时,形变也改变方向。
超声光栅形成原理射
超声波纵波在盛有液体的玻璃槽中传播时,液体被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。稀疏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,因此液体密度的周期变化,导致其折射率也呈周期变化。
在距离等于波长的两点,液体的密度相同,折射率也相同,若波长为的单色平行光沿着垂直于超声波传播方向通过上述液体时,因折射率的周期变化使光波的波阵面产生了相应的位相差,经透镜聚焦出现衍射条纹,相当于一超声光栅,其光栅常数为超声波波长。
实际上,超声光栅是移动的,由超声波的频率决定,但光的频率远远大于超声波的频率,故对光而言此光栅可认为是静止的.
实验原理及仪器
PZT晶片
液体槽
入射光
光轴
实验原理及仪器
超声波速度
实验原理及仪器
分光计
液体槽、盖板及底座
测微目镜
高频信号线
超声光栅测速仪
实验原理及仪器