西安交通大学综合与近代物理实验9.7用双光栅测量微弱震动.doc
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1、实验9.7用双光栅测量微弱振动1842年多普勒(Doppler)提出,当波源和观察者彼此接近时,接收到的频率变高;而当波源和观察者彼此相离开时,接收到的频率变低。这种现象在电磁波和机械波中都存在。即当波源和观察者之间存在相对运动时,观察者所接收到的频率不等于波源振动频率,这种现象称为多普勒效应。而当光源与接收器之间有相对运动时,接收器感受到的光波频率不等于光源频率,这就是光学的多普勒效应或电磁波的多普勒效应。该效应已经在科学技术以及医学的许多领域得到应用。本实验用激光多普勒效应测量微弱振动。它是一种精密的光电系统,使用了多种光电转换和处理技术,是综合性很强的实验。一、 实验目的1. 熟悉一种利
2、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、 实验仪器双光栅微弱振动测量仪,双踪示波器。三、 实验原理1. 位相光栅的多普勒频移所谓的位相材料是指那些只有空间位相结构,而透明度一样的透明材料。如生物切片、油膜、热塑,以及声光偏转池等。它们只改变入射光的相位,而不影响其振幅。位相光栅就是用这样的材料制作的光栅。图1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,使入射的平面波在出射时变成折曲波阵面,如图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来表示 (1)式中:为光栅常数,;为
3、衍射角;为光波波长。然而,如果由于光栅在方向以速度移动,则出射波阵面也以速度在方向移动。从而在不同时刻,对应于同一级的衍射光线,它的波阵面上的点,在方向也有一个的位移量,如图2所示。这个位移量对应于光波位相的变化量为,有 (2)将(1)式带入(2)式有(3)式中:。把光波写成如下形式图2 (4)显然可见,移动的位相光栅的n级衍射光波,相对于静止的位相光栅有一个大小为: (5)的多普勒频率,如图3所示。2. 光拍的获得与检测图3光波的频率甚高,为了要从光频中检测出多普勒频移,必须采用“拍” 的方法。也就是要把已频移的和未频移的光束相互平行叠加,以形成光拍。本实验形成光拍的方法是采用两片完全相同的
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