实验 -19 超声光栅

实验-19 超声光栅 制作：林伟华

一.声光效应介绍 二.实验仪器三.实验原理四.实验内容五.注意事项

一.声光效应介绍 当超声波在介质中传播时,超声波使介质产生周期性变化的弹性应力或应变,导致介质密度的空间分布出现疏密相间的周期性变化，从而导致介质的折射率相应变化。光束通过这种介质,就好像通过光栅一样,会产生衍射现象。这种现象称为超声致光衍射（亦称声光效应）。这种载有超声的透明介质称为超声光栅。

声光衍射可分为两类： 1.当L<<Λ2/(2πλ0)时,式中L为声束宽度，Λ为声波在介质中的波长，λ0为真空中的光波波长，就会产生对称与零级的多级衍射，即拉曼-奈斯（Raman-Nath）衍射。此时和平面光栅的衍射几乎没有区别，满足下式的衍射光均在衍射角φ的方向上产生极大光强: sinφ=mλ0/Λ，m=0,±1,±2 ... 2.当L>>Λ2/(2πλ0)时,声光介质相当于一个体光栅，产生布拉格(Bragg)衍射，其衍射光强只集中在满足布拉格公式（sinφB=mλ0/(2Λ) ，m=0,±1, ±2 ... ）的一级衍射方向，且±1 级不同时存在。

二.实验仪器 压电陶瓷晶片测微目镜超声池实现布拉格衍射需要高频（几十兆赫兹）超声源，实验条件较为复杂，故本实验采用拉曼-奈斯衍射装置

三.实验原理

由于液体的折射率在空间有周期分布，当光束沿垂直于声波方向通过液体后，光波波阵面上不同部位经历了不同的光程，波阵面上各点的位相：由于液体的折射率在空间有周期分布，当光束沿垂直于声波方向通过液体后，光波波阵面上不同部位经历了不同的光程，波阵面上各点的位相：通过液体压缩区的光波波阵面将落后于通过稀疏区的波阵面。原来的平面波阵面变得折皱了，其折皱情况有n(z)决定。可见载有超声波的液体可以看成一个位相光栅，光栅常数等于超声波波长。

四.实验内容 1.调整分光计到使用状态(参看分光计调节); 2.将超声池用酒精清洗干净并吹干后，把待测液体倒入破璃液槽中，液面高度以超出压电陶瓷晶片上边缘lcm为好; 3.置超声池于分光计载物台上,使望远镜与平行光管共轴；利用自准直法，使超声池通光表面垂直于望远镜和平行光管光轴;

4.取下望远镜目镜，换上测微目镜(连同换接套筒)。调焦目镜看清分划板十字到线，调焦望远镜使平行光管的狭缝像清晰；4.取下望远镜目镜，换上测微目镜(连同换接套筒)。调焦目镜看清分划板十字到线，调焦望远镜使平行光管的狭缝像清晰； 5.开启超声光栅仪电源,调节频率调节旋钮，使系统达到共振。此时，衍射光谱级次会显著增多而且明亮； 6.衍射条纹间距的测量。读出共振时频率计的读数；在同一频率下，对绿光(546.1nm)、黄光(578.0mn)重复—L述步骤测量三次。

五.注意事项 1.实验过程中要防止震动； 2.不要使频率长时间调在11MHz以上，以免振荡线路过热； 3.测量完毕应将超声池内待测液体倒出。

实验 -19 超 声 光 栅