声光效应与超声光栅实验报告

超声光栅 实验报告

一、实验目的与实验仪器

1.实验目的

（1）了解超声光栅的原理和使用；

（2）利用超声光栅声速仪测量超声波在水中的传播速度。

2.实验仪器

GSG—1 型超声光栅声速仪、超声发生器（工作频率9~13MHz）、换能器、液槽、JJY-1’型分光仪（物镜焦距f = 168mm）、测微目镜（测微范围8mm）、放大镜、待测液及光源（钠灯或汞灯）等。

二、实验原理

介质受到超声波周期性的扰动，其折射率也将发生变化，此时光通过这种介质，就像透过投射光栅一样，这种现象称为超声致光衍射，把这种载有超声波的透明介质称为超声光栅。利用超声光栅可以计算超声波在透明介质中的速度。

设超声波在液体中以平面波形式沿x方向，在x方向液体中波的形式如下：

y1 = Amcos[2π·( )]

式中，y1为偏离平衡位置的位移量；Am为振幅，Ts为超声波周期，λs为超声波波长。

若在垂直x方向有一反射平面，则超声波被平面反射后沿x反方向传播，有如下方程：

y2 = Amcos[2π·( )]

当正反两方向的平面波叠加形成驻波时，平衡位置的偏移量为

y = y1+y2 = 2Amcos2πcos2π

超声波形成驻波

南昌大学物理实验报告

课程名称： 大学物理实验

实验名称： 超声光栅

学院： 专业班级：

学生姓名： 学号：

实验地点： 座位号：

实验时间：

一、实验目的： 1.了解超声光栅产生的原理 2.了解声波如何对光信号进行调制 3.通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其中声学和光学物理概念的理解 二、实验原理： 超声波作为一种纵波在液体中传播时，超声波的声压使液体分子产生周期性的变化，促使液体的折射率也相应的作周期性的变化，形成疏密波。此时，如有平行单色光沿垂直于超声波传播方向通过这疏密相同的液体时，就会被衍射，这一作用，类似光栅，所以称为超声光栅。 超声波传播时，如前进波被一个平面反射，会反向传播。在一定条件

实验设计说明书

题目：利用超声光栅测液体中的声速

院部：理工科基础教学部

专业班级： 物理学（创新实验班）1班 学生姓名：某某某 学 号：41106XXX

实验日期： 2013年5月21日

超声光栅测液体中的声速

人耳能听到的声波，其频率在16Hz到20kHz范围内。超过20Hz的机械波称为超声波。光通过受超声波扰动的介质时会发生衍射现象，这种现象称为声光效应。利用声光效应测量超声波在液体中传播速度是声光学领域具有代表性的实验。

一、实验目的

（1）学习声光学实验的设计思想及其基本的观测方法。 （2）测定超声波在液体中的传播速度。 （3）了解超声波的产生方法。

二、 仪器用具

分光计，超声光栅盒，高频振荡器，数字频率计，纳米灯。

三、 实验原理

将某些材料（如石英、铌酸锂或锆钛酸铅陶瓷等）的晶体沿一定方向切割成晶片，在其表面上加以交流电压，在交变电场作用下，晶片会产生与外加电压频率相同的机械振动，这种特性称为晶体的反压电效应。把具有反压电效应的晶片置于液体介质中，当晶片上加的交变电压频率等于晶片的固有频率时，晶片的振动会向周围介质传播出去，就得到了最强的超声波。 正文：

光声效应的发现无

光声效应

光声效应是在1880年由A.G.贝尔发现的。

机理：当物质受到光照射时,物质因吸收光能而受激发，然后通过非辐射消除激发的过程使吸收的光能（全部或部分）转变为热。如果照射的光束经过周期性的强度调制，则在物质内产生周期性的温度变化，使这部分物质及其邻近媒质热胀冷缩而产生应力（或压力）的周期性变化，因而产生声信号，此种信号称光声信号。光声信号的频率与光调制频率相同，其强度和相位则决定于物质的光学、热学、弹性和几何的特性。

光声光谱技术。由于光声效应中产生的声能直接正比于物质吸收的光能，而不同成分的物质在不同光波波长处出现吸收峰值，因此当具有多谱线（或连续光谱）的光源以不同波长的光束相继照射样品时，样品内不同成分的物质将在与各自的吸收峰相对应的光波波长处产生光声信号极大值，由此得到光声信号随光波波长改变的曲线称为光声谱。

光声光谱实际上代表物质的光吸收谱，因此利用光声效应可以检测物质的组分。由此研制成功一种新的光谱分析的工具──光声光谱仪，它广泛用于气体及各种凝聚态物质的微量甚至痕量分析。由于它的检测灵敏度高，特别是由于它对样品材料没有限制，不论透明或不透明、固体或半固体（包括粉末、污迹、乳胶或生物样品等）都可以进行分析，从而成为传统光

中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 班级：应用物理学09-2班 姓名：王国强 同组者：庄显丽 教师： 实验4-1 超声光栅与透明液体中声速的测量

【实验目的】

1、观察并体会液体中超声光栅衍射现象

2、学习一种测定透明液体中的声速的方法 3、了解产生超声波的方法 【实验原理】

超声波在液体中以纵波的形式传播，在波前进的路径上，液体被周期压缩与膨胀，其密度产生周期性的变化，形成所谓疏密波。因为液体对光的折射率与液体的密度有关系，所以随着液体密度周期性地变化，其折射率也在周期地变化。如图（4-1-1）所示。

液体中折射率周期性变化的区域起到了与光学上平面光栅相类似的作用，当入射光线和超声波前进方向互相垂直时，发生衍射，这种衍射即为喇曼-奈斯衍射。习惯上，我们常把透明液体（或固体）

中由于超声波使折射率周期性地变化的现象称为超声光栅。所对应的光栅常

数，即为两个相邻疏密部分之间的距离，由图（4-1-1）可见，就是超声波的波长Λ。

由光学理论，一波长为λ的平面光垂直通过光栅常数为d 的光栅时，其第k级亮条纹的衍射角图4-1-1 超声驻波?k满足关系式

dsin?k??k?

晶体电光声光磁光效应实验实验讲义

北京杏林睿光科技有限公司(RealLight®)

晶体电光、声光、磁光效应实验

RLE-ME06

实

验

讲

义

版本：2013 发布日期：2013年6月

晶体电光声光磁光效应实验实验讲义

版权声明：

本手册中所提及的软硬件产品的商标与名称，都属于相应公司所有。

本手册的版权属于北京杏林睿光科技有限公司所有。未得到本公司的正式许可，任何组织或个人均不得以任何手段和形式对本手册内容进行复制或传播。

本手册的内容若有任何修改，恕不另行通知。

北京杏林睿光科技有限公司联系方式：

电话：010-67889536/67887073/67872350 邮箱：Sales@ 传真:010-67889536/67887073/67872350转881 网址：

晶体电光声光磁光效应实验实验讲义

前 言

晶体在电场、磁场、应力的作用下会产生双折射效应，利用此效应可以测量相关物理量，也可以实现对光的相位和强度进行调制。晶体的电光、声光、磁光效应是最常见的调制现象，RealLight®将这个知识点融合在一起开发的本实验，便于教师讲授相关知识点以及学生通过实验现象来横向比较实验原理。

晶体电光声光磁光效应实验

晶体电光声光磁光效应实验实验讲义

北京杏林睿光科技有限公司(RealLight®)

晶体电光、声光、磁光效应实验

RLE-ME06

实

验

讲

义

版本：2013 发布日期：2013年6月

晶体电光声光磁光效应实验实验讲义

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本手册的版权属于北京杏林睿光科技有限公司所有。未得到本公司的正式许可，任何组织或个人均不得以任何手段和形式对本手册内容进行复制或传播。

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晶体电光声光磁光效应实验实验讲义

前 言

晶体在电场、磁场、应力的作用下会产生双折射效应，利用此效应可以测量相关物理量，也可以实现对光的相位和强度进行调制。晶体的电光、声光、磁光效应是最常见的调制现象，RealLight®将这个知识点融合在一起开发的本实验，便于教师讲授相关知识点以及学生通过实验现象来横向比较实验原理。

晶体电光声光磁光效应实验

中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 班级：应用物理学09-2班 姓名：王国强 同组者：庄显丽 教师： 实验4-1 超声光栅与透明液体中声速的测量

【实验目的】

1、观察并体会液体中超声光栅衍射现象

2、学习一种测定透明液体中的声速的方法 3、了解产生超声波的方法 【实验原理】

超声波在液体中以纵波的形式传播，在波前进的路径上，液体被周期压缩与膨胀，其密度产生周期性的变化，形成所谓疏密波。因为液体对光的折射率与液体的密度有关系，所以随着液体密度周期性地变化，其折射率也在周期地变化。如图（4-1-1）所示。

液体中折射率周期性变化的区域起到了与光学上平面光栅相类似的作用，当入射光线和超声波前进方向互相垂直时，发生衍射，这种衍射即为喇曼-奈斯衍射。习惯上，我们常把透明液体（或固体）

中由于超声波使折射率周期性地变化的现象称为超声光栅。所对应的光栅常

数，即为两个相邻疏密部分之间的距离，由图（4-1-1）可见，就是超声波的波长Λ。

由光学理论，一波长为λ的平面光垂直通过光栅常数为d 的光栅时，其第k级亮条纹的衍射角图4-1-1 超声驻波?k满足关系式

dsin?k??k?

声光控照明灯

一、设计任务与要求

1、夜晚声音控制亮灯，白天灭； 2、晚上有声音时亮。

二、方案设计与论证

1、方案一 原理方框图：

电路原理图：

电路简述：

电路咪头采集声音信号并用两级运放LM324对采集到得信号进行放大处理再输入到与非门，采用光敏电阻采集光信号转换为电平信号并经过运放LM324进行发大输入到与非门进行逻辑处理。延时功能通过555单谐震荡实现。 2、方案二 原理方框图：

电路原理图：

电路简述：

本电路前一部分为独立的声控和光控，中间部分为与非门，最后部分是延时

以及负载（LED灯）。光控部分由光敏电阻采集光信号转变为电信号，声控部分由咪头收集声音信号，并经三极管和一个运放放大。白天或晚上光线较亮时，光控为低电平，声控部分起不了作用。白天或晚上光线较暗时，光控部分将为高电平，声控部分起作用，负载电路的通断受控于声控部分。电路能否接通就看声音信号强度。当声音强度达到一定程度是，电路自动接通，二极管点亮，并开始延时，延时时间到开关自动关闭，等下一次声音信号触发。

综上所述，方案一和方案二原理基本相同，由于方案一的效果方面不及方案二，所以此次采用的是方案二的设计进行制板。

三、单元电路设计与参数计算

1、光控电路

光控电路是根据光

光栅衍射实验报告

4.10光栅的衍射

【实验目的】

(1)进一步熟悉分光计的调整与使用;

(2)学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法; (3)加深理解光栅衍射公式及其成立条件。

【实验原理】

衍射光栅简称光栅，是利用多缝衍射原理使光发生色散的一种光学元件。它实际上是一组数目极多、平行等距、紧密排列的等宽狭缝，通常分为透射光栅和平面反射光栅。透射光栅是用金刚石刻刀在平面玻璃上刻许多平行线制成的，被刻划的线是光栅中不透光的间隙。而平面反射光栅则是在磨光的硬质合金上刻许多平行线。实验室中通常使用的光栅是由上述原刻光栅复制而成的，一般每毫米约250~600条线。由于光栅衍射条纹狭窄细锐，分辨本领比棱镜高，所以常用光栅作摄谱仪、单色仪等光学仪器的分光元件，用来测定谱线波长、研究光谱的结构和强度等。另外，光栅还应用于光学计量、光通信及信息处理。 1．测定光栅常数和光波波长

光栅上的刻痕起着不透光的作用，当一束单色光垂直照射在光栅上时，各狭缝的光线因衍射而向各方向传播，经透镜会聚相互产生干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。 如图1所示，设光栅常数d=AB的光栅G，有一束平行光与光栅的法线成i角的方向，入射到光栅上产生衍射。从B点作BC垂直于