超声光栅实验.doc

PAGE 5 - 仪器使用说明 TEACHERS GUIDEBOOK FD-UG-A 超声光栅实验仪 中国.上海复旦天欣科教仪器有限公司 Shanghai Fudan Tianxin Scientific_Education Instruments Co.,Ltd. FD-UG-A超声光栅实验仪使用说明 一、概述 光波在液体介质中传播时被超声波衍射的现象，称为超声致光衍射（亦称声光效应），这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。超声波调制了液体的密度，使原来均匀透明的液体，变成折射率周期变化的“超声光栅”，当光束穿过时，就会产生衍射现象，由此可以准确测量声波在液体中的传播速度。并且，由于激光技术和超声技术的发展，使声光效应得到了广泛的应用。如制成声光调制器和偏转器，可以快速而有效地控制激光束的频率、强度和方向，它在激光技术、光信号处理和集成通讯技术等方面有着非常重要的应用。 由上海复旦天欣科教仪器有限公司生产的FD-UG-A型超声光栅实验仪改变了以往超声光栅在分光仪上完成的传统，将平行光管和望远镜中的各个光学元件独立的放置在光学导轨上，让学生自主调节，这样增加了学生动手能力方面的锻炼，并且将可调狭缝改为光刻狭缝，这样观察到的衍射光谱更加锐细明亮，测量更加准确。 该仪器测量准确度高，实验稳定可靠，适用于高等院校基础物理实验以及近代物理实验。 二、仪器简介 图1 超声光栅仪器装置 三、技术指标 1．超声信号源 共振频率约10.000MHz左右，分辨率0.001MHz 2．光刻狭缝 缝宽：0.04mm，缝长：6mm 3．透镜 通光孔径：28mm，透镜焦距：157mm 4．超声池 长度：80mm，宽度：40mm，高度：59mm 5．测微目镜 测量范围：0－8mm，分辨率：0.01mm 6．光学导轨 长度：650mm，长度测量分辨率：1mm 四、实验项目 了解声光效应的实验原理。 学习利用声光效应测量液体中的声速。 学习光路准直的调节以及读数显微镜的使用方法 五、注意事项 1. 液槽置于载物台上必须稳定，在实验过程中应避免震动，以使超声在液槽内形成稳定的驻波。导线分布电容的变化会对输出信号频率有影响，因此不能触碰连接液槽和信号源的导线。 2. 压电陶瓷片表面与对面的液槽壁表面必须平行，此时才会形成较好的驻波，因此实验时应将液槽的上盖盖平。 3. 压电陶瓷片的共振频率在10MHz左右，在稳定共振时，数字频率计显示的频率应是稳定的，最多只有最末尾有1–2个单位数的变动。 4. 实验时间不宜过长，因为声波在液体中的传播与液体温度有关，时间过长，液体温度可能有变化。实验时，特别注意不要使频率长时间调在10MHz以上，以免振荡线路过热。 5. 提取液槽应拿两端面，不要触摸两侧表面通光部位，以免污染，如已有污染，可用酒精清洗干净，或用镜头纸擦净。 6. 实验时液槽中会产生一定的热量，并导致媒质挥发，槽壁可见挥发气体凝聚，一般不影响实验结果，但须注意若液面下降太多致使压电陶瓷片外露时，应及时补充液体至正常液面线处。 7. 实验完毕应将被测液体倒出，不要将压电陶瓷片长时间浸泡在液槽内。 8. 传声媒介在含有杂质时对测量结果影响较大，建议使用纯净水（市售饮用纯净水即可）、分析纯酒精、甘油等，对某些有毒副作用的媒质（如苯等），不建议学生实验使用，教师教学或科研需要时，应注意安全。 9. 仪器长时间不用时，请将测微目镜收于原装小木箱中并放置干燥剂。液槽应清洗干净，自然晾干后，妥善放置，不可让灰尘等污物侵入。 超声光栅实验 【实验目的】 了解超声致光衍射的原理。 利用声光效应测量声波在液体中的传播速度。 【实验原理】 压电陶瓷片（PZT）在高频信号源（频率约10MHz）所产生的的交变电场的作用下，发生周期性的压缩和伸长振动，其在液体中的传播就形成超声波，当一束平面超声波在液体中传播时，其声压使液体分子作周期性变化，液体的局部就会产生周期性的膨胀与压缩，这使得液体的密度在波传播方向上形成周期性分布，促使液体的折射率也做同样分布，形成了所谓疏密波，这种疏密波所形成的密度分布层次结构，就是超声场的图象，此时若有平行光沿垂直于超声波传播方向通过液体时，平行光会被衍射。以上超声场在液体中形成的密度分布层次结构是以行波运动的，为了使实验条件易实现，衍射现象易于稳定观察，实验中是在有限尺寸液槽内形成稳定驻波条件下进行观察，由于驻波振幅可以达到行波振幅的两倍，这样就加剧了液体疏密变化的程度。驻波形成以后，某一时刻t，驻波某一节