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雙光柵測微振動大學(xué)物理實驗(一)趙改清實驗?zāi)康?實驗儀器2實驗原理3實驗內(nèi)容4報告要求5主要內(nèi)容一、實驗?zāi)康膶嶒灡尘?/p>

激光雙光柵法測微小位移是通過雙光柵形成光拍的原理來精確測定微弱的振動位移,主要用于力學(xué)實驗中作音叉振動的分析、微弱振幅(位移)的測量和光拍研究等,是用光學(xué)手段研究力學(xué)問題。1、了解光的多普勒頻移形成光拍的原理;2、精確測量微弱振動位移的方法;3、測量出外力驅(qū)動音叉時的諧振曲線;實驗?zāi)康亩嶒炘?.1、光柵和光柵方程光柵d為光柵常數(shù);θ為衍射角;λ為波長激光平面波dθ沿衍射角方向的光程差為:dsinθ光程差滿足波長的整數(shù)倍時,疊加為明條紋,即:光柵方程:光柵:平面光柵是由一系列等寬又等間距的平行狹縫所組成。二、實驗原理2.2、位相光柵激光平面波xyd出射的褶曲波陣面波位相光柵當激光平面波垂直入射到正弦型位相光柵,由于位相光柵上不同的光密和光疏媒質(zhì)部分對光波的位相延遲作用,使入射的平面波變成出射時的摺曲波陣面,如圖所示。由于衍射干涉作用,在遠場卡那里光柵方程為:d為光柵常數(shù);θ為衍射角;λ為波長2.3、位相光柵的多普勒頻移二、實驗原理移動的位相光柵的k級衍射光波有一個多普勒頻移二、實驗原理2.4、光拍的獲得與檢測:在檢測器方向上,頻率不同、頻率差較小的的光束疊加產(chǎn)生光拍取k=1光的頻率很高,光電檢測器對這么高的頻率不能有所反應(yīng),所以光電檢測器只能反應(yīng)(5)式中第四項拍頻訊號光拍頻率太高檢測不到二、實驗原理2.4、光拍的獲得與檢測:拍頻波形數(shù)的計算a波群首b波群尾三、實驗儀器1—光電池升降調(diào)節(jié)手輪,2—光電池座,在頂部有光電池盒,盒前有一小孔光闌,3—電源開關(guān),4—音叉座,5—音叉,6—動光柵(粘在音叉上的光柵),7—靜光柵(固定在調(diào)節(jié)架上),8—靜光柵調(diào)節(jié)架,9—半導(dǎo)體激光器,10—激光器升降調(diào)節(jié)手輪,11—調(diào)節(jié)架左右調(diào)節(jié)止緊螺釘,12—激光器輸出功率調(diào)節(jié),13—耳機插孔,14—音量調(diào)節(jié),15—信號發(fā)生器輸出功率調(diào)節(jié),16—信號發(fā)生器頻率調(diào)節(jié),17—靜光柵調(diào)節(jié)架升降調(diào)節(jié)手輪,18—驅(qū)動音叉用的蜂鳴器,19—蜂鳴器電源插孔,20—頻率顯示窗口,21—三個信號輸出插口,Y1拍頻信號,Y2音叉驅(qū)動信號,X為示波器提供“外觸發(fā)”掃描信號,可使示波器上的波形穩(wěn)定。3.1、儀器部件三、實驗儀器半個周期(一個波群)內(nèi)的波數(shù)光源靜光柵動光柵起振器音叉光電檢測示波器光電檢測器輸出的信號隨光拍信號的光強有節(jié)拍地變換3.2、儀器原理四、實驗內(nèi)容頻率波數(shù)振幅a:波群首b:波群尾4.1測量音叉的諧振曲線實驗步驟(1)幾何光路調(diào)整微調(diào)半導(dǎo)體激光器的左右、俯昂調(diào)節(jié)手輪,讓光束從安裝靜止光柵架的孔中心通過。調(diào)節(jié)光電池架手輪,讓某一級衍射光正好落入光電池前的小孔內(nèi)。鎖緊激光器。(2)雙光柵調(diào)整慢慢轉(zhuǎn)動光柵架,務(wù)必仔細觀察調(diào)節(jié),使得二個光束盡可能重合。去掉觀察屏,輕輕敲擊音叉,在示波器上應(yīng)看到拍頻波。(3)音叉諧振調(diào)節(jié)先將“功率”旋鈕置于6--7點鐘附近,調(diào)節(jié)“頻率”旋鈕,(500Hz附近),使音叉諧振。如音叉諧振太強烈,將“功率”旋鈕向小鐘方向轉(zhuǎn)動,使在示波器上看到的T/2內(nèi)光拍的波數(shù)為10~20個左右較合適。(4)波形調(diào)節(jié)

光路粗調(diào)完成后,就可以看到一些拍頻波,但欲獲得光滑細膩的波形,還須作些仔細的反復(fù)調(diào)節(jié)。稍稍松開固定靜光柵架的手輪,試著微微轉(zhuǎn)動光柵架,改善動光柵衍射光斑與靜光柵衍射光斑的重合度,在兩光柵產(chǎn)生的衍射光斑重合區(qū)域中,不是每一點都能產(chǎn)生拍頻波,所以光斑正中心對準光電池上的小孔時,并不一定都能產(chǎn)生好的波形,有時光斑的邊緣即能產(chǎn)生好的波形,可以微調(diào)光電池架或激光器的X-Y微調(diào)手輪,改變一下光斑在光電池上的位置,看看波形有否改善。(5)測出外力驅(qū)動音叉時的揩振曲線

固定“功率”旋鈕位置,小心調(diào)節(jié)“頻率”旋鈕,作出音叉的頻率--振幅曲線。頻率Hz波數(shù)A(mm)507.93.500.01755084.000.0200508.14.500.0225508.25.250.0263508.36.250.0313508.49.250.0463508.512.750.0638508.617.250.0863508.721.250.1063508.827.250.1363508.923.000.115050910.000.0500509.26.000.0300509.35.700.0285509.45.100.0255509.54.250.0213509.63.500.0175509.73.250.0163音叉的諧振曲線五、報告要求5.1數(shù)據(jù)處理:做音叉的諧振曲線1.如何判斷動光柵與靜光柵的刻痕已平行?2.作外力驅(qū)動音

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