實(shí)驗(yàn)-19

超聲光柵制作：林偉華實(shí)驗(yàn)-19

超聲光柵制作：林偉華1一.聲光效應(yīng)介紹二.實(shí)驗(yàn)儀器三.實(shí)驗(yàn)原理四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容五.注意事項(xiàng)一.聲光效應(yīng)介紹2一.聲光效應(yīng)介紹當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),超聲波使介質(zhì)產(chǎn)生周期性變化的彈性應(yīng)力或應(yīng)變,導(dǎo)致介質(zhì)密度的空間分布出現(xiàn)疏密相間的周期性變化，從而導(dǎo)致介質(zhì)的折射率相應(yīng)變化。光束通過這種介質(zhì),就好像通過光柵一樣,會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為超聲致光衍射（亦稱聲光效應(yīng)）。這種載有超聲的透明介質(zhì)稱為超聲光柵。一.聲光效應(yīng)介紹當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),超聲波使介3聲光衍射可分為兩類：1.當(dāng)L<<Λ2/(2πλ0)時(shí),式中L為聲束寬度，Λ為聲波在介質(zhì)中的波長，λ0為真空中的光波波長，就會(huì)產(chǎn)生對(duì)稱與零級(jí)的多級(jí)衍射，即拉曼-奈斯（Raman-Nath）衍射。此時(shí)和平面光柵的衍射幾乎沒有區(qū)別，滿足下式的衍射光均在衍射角φ的方向上產(chǎn)生極大光強(qiáng):sinφ=mλ0/Λ，m=0,±1,±2...2.當(dāng)L>>Λ2/(2πλ0)時(shí),聲光介質(zhì)相當(dāng)于一個(gè)體光柵，產(chǎn)生布拉格(Bragg)衍射，其衍射光強(qiáng)只集中在滿足布拉格公式（sinφB=mλ0/(2Λ)，m=0,±1,±2...）的一級(jí)衍射方向，且±1級(jí)不同時(shí)存在。聲光衍射可分為兩類：4二.實(shí)驗(yàn)儀器超聲池壓電陶瓷晶片測微目鏡實(shí)現(xiàn)布拉格衍射需要高頻（幾十兆赫茲）超聲源，實(shí)驗(yàn)條件較為復(fù)雜，故本實(shí)驗(yàn)采用拉曼-奈斯衍射裝置二.實(shí)驗(yàn)儀器超聲池壓電陶瓷晶片測微目鏡實(shí)現(xiàn)布拉格衍射需要高頻5三.實(shí)驗(yàn)原理三.實(shí)驗(yàn)原理6由于液體的折射率在空間有周期分布，當(dāng)光束沿垂直于聲波方向通過液體后，光波波陣面上不同部位經(jīng)歷了不同的光程，波陣面上各點(diǎn)的位相：通過液體壓縮區(qū)的光波波陣面將落后于通過稀疏區(qū)的波陣面。原來的平面波陣面變得折皺了，其折皺情況有n(z)決定?？梢娸d有超聲波的液體可以看成一個(gè)位相光柵，光柵常數(shù)等于超聲波波長。由于液體的折射率在空間有周期分布，當(dāng)光束沿垂直于聲波方向通過7四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.調(diào)整分光計(jì)到使用狀態(tài)(參看分光計(jì)調(diào)節(jié));2.將超聲池用酒精清洗干凈并吹干后，把待測液體倒入破璃液槽中，液面高度以超出壓電陶瓷晶片上邊緣lcm為好;3.置超聲池于分光計(jì)載物臺(tái)上,使望遠(yuǎn)鏡與平行光管共軸；利用自準(zhǔn)直法，使超聲池通光表面垂直于望遠(yuǎn)鏡和平行光管光軸;四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.調(diào)整分光計(jì)到使用狀態(tài)(參看分光計(jì)調(diào)節(jié));84.取下望遠(yuǎn)鏡目鏡，換上測微目鏡(連同換接套筒)。調(diào)焦目鏡看清分劃板十字到線，調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡使平行光管的狹縫像清晰；5.開啟超聲光柵儀電源,調(diào)節(jié)頻率調(diào)節(jié)旋鈕，使系統(tǒng)達(dá)到共振。此時(shí)，衍射光譜級(jí)次會(huì)顯著增多而且明亮；6.衍射條紋間距的測量。讀出共振時(shí)頻率計(jì)的讀數(shù)；在同一頻率下，對(duì)綠光(546.1nm)、黃光(578.0mn)重復(fù)—L述步驟測量三次。4.取下望遠(yuǎn)鏡目鏡，換上測微目鏡(連同換接套筒)。調(diào)焦目鏡看9五.注意事項(xiàng)1.實(shí)驗(yàn)過程中要防止震動(dòng)；2