双光栅测微振动

实验七 双光栅测微振动

一.实验目的

1.熟悉一种利用光的多普勒频移效应，形成光拍的原理,精确测量微弱振动位移的方法。 2.作出外力驱动音叉时的谐振曲线。

3.了解双光栅微弱振动测量仪的原理和使用。

二.实验仪器

双光栅微弱振动测量仪、普通双踪示波器

三. 仪器结构及技术指标

双光栅微弱振动测量仪在力学实验项目中用作音叉振动分析、微振动(位移)测量和光拍研究等。

1. 仪器结构

双光栅微弱振动测量仪面板结构见图1。

图1中，1-光电池座，在顶部有光电池盒，盒前有一小孔光阑，2-电源开关，3-光电池升降手轮，4-音叉座，5-音叉，6-粘于音叉上的光栅（动光栅），7-静光栅架，8-半导体激光器，9-激光器锁紧手轮，10-信号发生器输出功率调节旋钮，11-信号发生器输出频率调节旋钮，12-频率显示窗口，13-三个输出信号插口，Y1拍频信号，Y2音叉驱动信号，X为示波器提供“外触发”扫描信号，可使示波器上的波形稳定。

可以看到，实验所需的激光源、信号发生器、频率计等已集成与一只仪器箱内,只需外配一台普通的双踪示波器即可。

2.技术指标 测量精度: 5μm, 分辨率 1μm 激光器:

实验13 双光栅测量微弱振动位移量实验

实验重点预习内容：

1.在实验中怎样产生光拍？

2.如何计算波形数？（画图表示）

3.如何计算微弱振动的位移振幅？写出公式并对每个量进行逐一解释。 4.如何听拍频信号?

多普勒效应：多普勒路过铁路交叉处，发现火车从远而近时汽笛音调变尖，而火车从近而远时，音调变低。提出“多普勒效应”。

拍：根据振动迭加原理，两列速度相同、振动面相同、频差较小而同方向传播的简谐波叠加即形成拍。

本实验是运用多普勒效应与拍效应对振动位移进行测量

一、实验目的

1. 理解利用光的多普勒频移形成光拍的原理； 2. 理解双光栅衍射干涉位移测量原理；

3. 应用双光栅微弱振动测量仪测量音叉振动产生的微小振幅。

二、实验仪器

双光栅微弱振动测量仪、模拟示波器、数字示波器

三、实验原理

1. 位移光栅的多普勒频移

多普勒效应是指光源、接收器、传播介质或中间反射器之间的相对运动所引起的接收器接收到的光波频率与光源频率发生的变化，由此产生的频率变化称为多普勒频移。

由于介质对光传播时有不同的相位延迟作用，对于两束相同的单色光，若初始时刻相位相同，经过相同的几何路径，但在不同折射率的介质中传播，出射时两光的位相则不相同，对于位相光

双光栅测弱振动

在工程技术上，往往需要对微小振动的速率和幅度予以精确的测量，尤其是在航空航天领域，对微弱振动的研究更是有着深远的意义。在众多测量技术中，“双光栅”测量法以其简单实用的优点得到了广泛的应用。双光栅测弱振动是将光栅衍射原理、多普勒频移原理以及光拍测量技术等多学科结合在一起，把机械位移信号转化为光电信号测量弱振动振幅的一个实验。

1实验要求

1. 实验重点

①熟悉一种利用光的多普勒频移效应、形成光拍的原理及精确测量微弱振动位移的方法。

②了解双光栅微弱振动测量仪的原理和使用。

③作出外力驱动音叉时的谐振曲线，并研究影响共振频率和振幅的因素。

2. 预习要点

① 本实验是如何获得光拍的？你觉得还有其它方法产生光拍吗？ ② 由本实验的光拍信号你可以获得哪些信息？

③ 你认为哪些因素会影响共振频率？作外力驱动音叉谐振曲线时,音叉驱动信号的功率需要固定吗?

④ 本实验中如何才能调出光滑的光拍？

2 实验原理

如果移动光栅相对静止光栅运动，使激光束通过这样的双光栅便产生光的多普勒现象，把频移和非频移的两束光直接平行迭加可获得光拍，再通过光的平方律检波器检测，取出差频讯号，可以精确测定微弱振动的位移。

1．位相光栅的多普勒位移

当激光平面波垂

双光栅测弱振动

在工程技术上，往往需要对微小振动的速率和幅度予以精确的测量，尤其是在航空航天领域，对微弱振动的研究更是有着深远的意义。在众多测量技术中，“双光栅”测量法以其简单实用的优点得到了广泛的应用。双光栅测弱振动是将光栅衍射原理、多普勒频移原理以及光拍测量技术等多学科结合在一起，把机械位移信号转化为光电信号测量弱振动振幅的一个实验。

1实验要求

1. 实验重点

①熟悉一种利用光的多普勒频移效应、形成光拍的原理及精确测量微弱振动位移的方法。

②了解双光栅微弱振动测量仪的原理和使用。

③作出外力驱动音叉时的谐振曲线，并研究影响共振频率和振幅的因素。

2. 预习要点

① 本实验是如何获得光拍的？你觉得还有其它方法产生光拍吗？ ② 由本实验的光拍信号你可以获得哪些信息？

③ 你认为哪些因素会影响共振频率？作外力驱动音叉谐振曲线时,音叉驱动信号的功率需要固定吗?

④ 本实验中如何才能调出光滑的光拍？

2 实验原理

如果移动光栅相对静止光栅运动，使激光束通过这样的双光栅便产生光的多普勒现象，把频移和非频移的两束光直接平行迭加可获得光拍，再通过光的平方律检波器检测，取出差频讯号，可以精确测定微弱振动的位移。

1．位相光栅的多普勒位移

当激光平面波垂

双光栅测弱振动

在工程技术上，往往需要对微小振动的速率和幅度予以精确的测量，尤其是在航空航天领域，对微弱振动的研究更是有着深远的意义。在众多测量技术中，“双光栅”测量法以其简单实用的优点得到了广泛的应用。双光栅测弱振动是将光栅衍射原理、多普勒频移原理以及光拍测量技术等多学科结合在一起，把机械位移信号转化为光电信号测量弱振动振幅的一个实验。

1实验要求

1. 实验重点

①熟悉一种利用光的多普勒频移效应、形成光拍的原理及精确测量微弱振动位移的方法。

②了解双光栅微弱振动测量仪的原理和使用。

③作出外力驱动音叉时的谐振曲线，并研究影响共振频率和振幅的因素。

2. 预习要点

① 本实验是如何获得光拍的？你觉得还有其它方法产生光拍吗？ ② 由本实验的光拍信号你可以获得哪些信息？

③ 你认为哪些因素会影响共振频率？作外力驱动音叉谐振曲线时,音叉驱动信号的功率需要固定吗?

④ 本实验中如何才能调出光滑的光拍？

2 实验原理

如果移动光栅相对静止光栅运动，使激光束通过这样的双光栅便产生光的多普勒现象，把频移和非频移的两束光直接平行迭加可获得光拍，再通过光的平方律检波器检测，取出差频讯号，可以精确测定微弱振动的位移。

1．位相光栅的多普勒位移

当激光平面波垂

激光双光栅法测量微小位移

一、实验目的

1. 熟悉一种利用光的多普勒频移形成光拍的原理，精确测量微弱振动位移的方法。

2. 作出外力驱动音叉时的谐振曲线。 二、实验仪器

示波器,双光栅微弱振动测量仪。 三、实验原理

当移动光栅相对静止光栅运动时，若有一激光束通过这样的双光栅，便能产生光的多普勒效应。由于光频率甚高，因此必须采用“拍”的方法进行测量，即把频移和非频移的两束光互相平行叠加使之形成光拍，再通过光电检测器检测，取出差频讯号，就可以精确测定微弱振动的位移。 1.位相光栅的多普勒频移：

所谓位相物体就是指那些只有空间的相位结构，而透明度是一样的透

明体。位相物体只能改变入射光的相位，而不影响其振幅。当激光平面波垂直入射到位相光栅时，由于位相光栅上不同的光密和光疏媒质部分对光波的位相延迟作用，使入射的平面波变成出射时的摺曲波阵面，如图4- -1所示，由于衍射干涉作用，在远场，我们可以用大家熟知的光栅方程即（4--1）式来表示：

dsin??n? （4- -1） 式中d为光栅常数，?为衍射角，?为光波波

衍射光栅是一种高分辨率的光学色散元件，它广泛应用于光谱分析．随着现代技术的发展，它在计量、无线电、天文、光通信、光信息处理等许多领域中都有重要的应用． 【实验目的】

1．观察光栅的衍射现象，研究光栅衍射的特点． 2．测定光栅常数和汞黄光的波长．

3．通过对光栅常数和波长的测量，了解光栅的分光作用，并加深对光的波动性的认识．

【实验仪器与用具】

分光计1台，光栅1个，低压汞灯1个． 【实验原理】

普通平面光栅是在一块玻璃片上用刻线机刻画出一组很密的等距的平行线构成的．光波射向光栅，刻痕部分不透光，只能从刻痕间的透明狭缝中通过．因此，可以把光栅看成一系列密集、均匀而又平行排列的狭缝．

图15—1光栅衍射图

光照射到光栅上，通过每个狭缝的光都发生衍射，而衍射光通过透镜后便互相干涉．因此，本实验光栅的衍射条纹应看做是衍射与干涉的总效果．

下面我们来分析平行光垂直射到光栅上的情况(图15－1)．设光波波长为λ，狭缝和刻痕的宽度分别为a和b，则通过各狭缝以角度φ衍射的光，经透镜会聚后如果是互相加强，在其焦平面上就得到明亮的干涉条纹．根据光的干涉条件，光程差等于波长的整数倍或零时形成亮条纹．由图15－1可知，衍射光的光程差为(a+b)sinφ ，于是，形成

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?

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?

中学教育->高中一年级->高一理化生

133.验：用实缝双测光 的波量长

中学教育->高中一年级->高一理化生

学目习1. 知标道波长是光重要参数的 .2 进一步理解更产生干光涉的条及干涉件条 的纹间距与些因哪素关 有3. 通过实验学会，用光的干涉运测光定波 的 长4 .认识物理验实和数工具学在物学理发展过程中 的作用，掌握物理验的实一基本技些能 会，用使本基实的仪器，培验养生学 立独完成实的能验。力

中学教育->高中一年级->高一理化生

1.3实验3:用缝双测光的量长波一、实原验理双缝干的涉个两邻亮(相暗)纹的距离△x条与长波λ、 双的间距缝d及双缝到屏的距L离满足、二验实装及器材光具置、座源光、滤光片 单缝、、双缝遮、光筒、 毛玻璃、测 量屏，学头电源生、 线、导度刻尺

中学教育->高中一年级->高一理化生

三、验步骤实1. 察观缝干涉图样 ①双 光将、遮源光筒、毛璃屏玻次安依放光在座上 具 接好电源打②开关使灯丝开常发光正③ 调器件节的度高使源灯光丝出发光的沿能轴到达线光屏 ④安 装双缝，双使与缝缝的单缝行，二平距者5~离0c1m ⑤放上单，观察缝白的干涉光条纹 ⑥在单 和缝源间放上光滤片光观察单，色光干涉条的纹 .2测 单定色的光长波 安①测