超聲光柵測量聲速

1、超聲光柵測量聲速光通過處在超聲波作用下的透明介質(zhì)時發(fā)生衍射的現(xiàn)象稱做聲光效應。1922年布里淵曾預言液體中的高頻聲波能使可見光產(chǎn)生衍射效應，10年后被證實。1935年拉曼和奈斯發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，聲光效應的衍射光強分布類似于普通光柵的衍射。這種聲光效應稱做拉曼-奈斯聲光衍射，它提供了一種調(diào)控光束頻率、強度和方向的方法。實驗內(nèi)容1、打開低壓汞燈的電源開關；2、分光計的調(diào)整（調(diào)整方法可參閱分光計的實驗）3、將待測液體（如蒸餾水、乙醇或其他液體）注入液體槽內(nèi)，液面高度以液體槽側(cè)面的液體高度刻線為準；4、將此液體槽（可稱其為超聲池）放置于分光計的載物臺上，放置時，使超聲池兩側(cè)表面基本垂直于望遠鏡和平行

2、光管的光軸；5、兩條高頻連接線的一端各插入液體槽蓋板上的接線柱，另一端接入超聲光柵信號源的高頻輸出端，然后將液體槽蓋板蓋在液體槽上；6、開啟超聲光柵信號源電源，從阿貝目鏡觀察衍射條紋，調(diào)節(jié)頻率微調(diào)旋鈕，當信號頻率與鋯鈦酸鉛陶瓷片固有頻率基本相同時產(chǎn)生共振，此時，衍射光譜的級次會顯著增多且更為明亮；7、如果此前分光計已調(diào)整到位，可轉(zhuǎn)動分光計載物臺或游標盤使超聲池左右轉(zhuǎn)動，能使射入超聲池的平行光束完全垂直于超聲波束，同時觀察目鏡視場內(nèi)的衍射光譜左右級次亮度及對稱性，直到從目鏡中觀察到穩(wěn)定而清晰的左右各34級的衍射條紋為止；8、取下阿貝目鏡，換上測微目鏡，調(diào)焦目鏡，使清晰觀察到衍射條紋。利用測微目鏡

3、逐級測量其位置讀數(shù)（例如：從3、 、0、 、3），再用逐差法求出條紋間距的平均值。9、聲速計算公式為：式中：光波波長；共振時頻率計的讀數(shù)；同一種顏色的衍射條紋間距；望遠鏡物鏡焦距。實驗的重與難點1、理解駐波法和位相法測聲波波長的原理。2、測超聲波的波長。儀器簡介超聲光柵實驗儀由超聲信號源、超聲池、高頻信號連接線、測微目鏡等組成，并配置了具有11MHz左右共振頻率的鋯鈦酸鉛陶瓷片。超聲信號源面板如圖所示：圖1 超聲信號源面板示意圖1、電源開關 2、頻率微調(diào)旋鈕3、高頻信號輸出端（無正負極區(qū)別） 4、頻率顯示窗超聲光柵實驗儀配合分光計使用時，各部件的放置如圖所示：預習要求1、了解超聲光柵產(chǎn)生的原理

4、。2、了解聲波如何對光信號進行調(diào)制。3、通過對液體（非電解質(zhì)溶液）中的聲速的測定，加深對其概念的理解。預習思考1、實驗時，聲速儀的頻率應調(diào)整到PZT晶片的共振頻率，這樣衍射條紋才會顯著增多且更為明亮。在調(diào)節(jié)頻率過程中，衍射條紋會有怎么樣的變化？為什么會有這樣的變化？2、由駐波理論，相鄰波腹間和相鄰波節(jié)間的距離都等于半波長，為什么超聲光柵常數(shù)等于超聲波的波長？3、本實驗如何保證平行光束垂直聲波的方向？4、本實驗能否用鈉燈作為光源？5、試比較超聲光柵與平面光柵的異同。注意事項1、超聲池置于載物臺上必須穩(wěn)定，以使超聲在液槽內(nèi)形成穩(wěn)定的駐波，在實驗過程中應避免震動。導線分布電容的變化會對輸出信號頻率有

5、微小影響，因此不要用手觸碰連接超聲池和信號源的兩條導線；2、鋯鈦酸鉛陶瓷片表面與對應面的玻璃槽壁表面必須平行，此時才會形成較好的表面駐波，因此實驗時應將超聲池的上蓋蓋平，而上蓋與玻璃槽留有較小的空隙，實驗時微微扭動一下上蓋，有時也會使衍射效果有所改善；3、一般共振頻率在11.3MHz左右，WSG-I超聲光柵儀給出1012MHz可調(diào)范圍。在穩(wěn)定共振時，數(shù)字頻率計顯示的頻率值應是穩(wěn)定的，最多只有最末尾有12個單位數(shù)的變動；4、實驗時間不宜過長，其一，聲波在液體中的傳播與液體溫度有關，時間過長，溫度可能在小范圍內(nèi)有變動，從而會影響測量精度。一般測量待測液體溫度可同于室溫，精密測量可在超聲池內(nèi)插入溫度計測量；其二，頻率計長時間處于工作狀態(tài)，會對其性能有一定影響，尤其在高頻條件下有可能會使電路過熱而損壞。實驗時，特別注意不要使頻率長時間調(diào)在12MHz以上，以免振蕩線路過熱； 5、提取液槽應拿兩端面，不要觸摸兩側(cè)表面通光部位，以免污染，如已有污染，可用酒精或乙醚清洗干凈，或用鏡頭紙擦凈；6、實驗中液槽里會有一定的熱量產(chǎn)生，并導致媒質(zhì)揮發(fā)，槽壁會見揮發(fā)氣體凝露，一般不影響實驗結果，但須注意液面下降太多致鋯鈦