双光栅微弱振动及多普勒效应吴文光.PPT

双光栅微弱振动及多普勒效应 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、仪器结构 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—锁紧手轮，10—激光器输出功率调节，11—信号发生器输出功率调节，12—信号发生器频率调节，13—驱动音叉用耳机，14—频率显示窗口，15—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。 三、实验原理 五、思考题 1、如何判断动光栅与静光栅的刻痕已平行？ 2、作外力驱动音叉谐振曲线时，为什么要固定信号功率？ 3、分析该方法测量振动位移出现误差的因素有哪些？ * * 1、位相光栅的多普勒频移 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 ,如右图。 为衍射角， 为光波波长） 然而，如果由于光栅在y方向以速度v移动着，则出射波阵面也以速度v在y方向移动。从而，在不同时刻，对应于同一级的衍射光线，它的波阵面上出发点，在y方向也有一个 vt的位移量 把上面的第一个式子带入第二个则有 多普勒频率的获得图 2、光拍的获得与检测 3、微弱振动位移量的检测 四、实验内容 1、仪器连接 将双踪示波器的Y1、Y2、X外触发输入端接至双光栅微弱振动测量仪的Y1、Y2、X的输出插座上，开启各自的电源，单踪示波器则不需接Y2，只观测Y1的拍频波。 2、操作 （1）几何光路调整 小心取下“静光栅架”，（不可擦伤光栅）稍稍松开激光器顶部的锁紧手轮，用手小心地上下左右搬动激光器，让光束从安装静止光栅架的孔中心通过。调节光电池架手轮，让某一级衍射光正好落入光电池前的小孔内。锁紧激光器。 （2）双光栅调整 小心地装上“静光栅架”静光栅尽可能与动光栅接近（不可相碰！）用一屏放于光电池架处，慢慢转动光栅架，务必仔细观察调节，使得二个光束尽可能重合。去掉观察屏，轻轻敲击音叉，调节示波器，配合调节激光器输出功率，应看到很漂亮的拍频波。 （3）音叉谐振调节 先将“功率”旋钮置于6-7点钟附近，调节“频率”旋钮，（500HZ附近），使音叉谐振。调节时用手轻轻地按音叉顶部，找出调节方向。如音叉谐振太强烈，将“功率”旋钮向小钟点方向转动，使在示波器上看到的T/2内光拍的波数为10~20个左右较合适 （4）测出外力驱动音叉时的谐振曲线 固定“功率”旋钮位置，小心调节“频率”旋钮，作出音叉的频率——振幅曲线。 （5）改变音叉的有效质量，研究谐振曲线的变化趋势，并说明原因。 改变质量可用橡皮泥或在音叉上吸一小块磁铁。注意，此时信号输出功率不能变！ *