文档介绍：超声测速实验报告声光效应与光拍法测光的速度赵海燕实验时间:XX年9月23日上午8点至下午五点摘要根据波的叠加原理,两束传播方向相同、频率相差很小的简谐波相叠加,会合成带有低频调制的高频波,即光拍频波。实验中采用了声光材料的声光效应使超声波在介质内形成驻波,从而使入射的激光发生衍射产生固定的相位差,通过扫描仪,分析固定频率差的两列波,通过移动距离等于波长整数倍的特殊关系,可以轻易算出光速,准确率也非常高。关键词光拍频波声光效应驻波法光速一、引言光速是最基本的物理常数之一,光速的精确测定及其特性的研究与近代物理学和实验技术的许多问题重大问题关系密切。早在麦克斯韦光的电磁理论建立以前,人们已有了光具有一定传播速度的概念,最初是用天文学方法来测定光速。其中特别值得提到的是迈克尔逊和他的同事们在1879-1935年期间,对光速作了多次系统的测量。实验结果不仅验证了光是电磁波,而且为深入地了解光的本性和为建立新的物理原理提供了宝贵的资料。激光的出现把光速的测量推向一个新阶段,最先运用激光测定光速的是美国国家标准局(发表于1973年)。由于采用了稳频技术,可以得到频率的稳定性与复现性均十分优良的激光辐射,从而使光速的测量精度比以前所有的实验方法都高。1972年美国标准局埃文森等人测量了甲烷稳频激光的频率,又以原子的基准波长测定了该激光的波长值,从而得到光速的新数值c=m/s。此值为1975年第十五届国际计量大会所确认。本实验我们采用光拍法测定光速,通过实验使我们加深对光拍频波的的概念的理解,了解声光效应的原理及驻波法产生声光频移的实验条件和实验特点,掌握光拍法测量光速的技术。二、原理光拍频波根据波的叠加原理,两束传播方向相同,频率相差很小的简谐波相叠加,将会形成拍。对于振幅都为E0,圆频率分别为ω1和ω2,且传播方向相同的两束单色光??1=??0cos??1???+??1 ???? ??2=??0cos??2???+??2 合成低频调制的高频波,即光拍频波??=??1+??2 ??1???2????1???2 =2??0cos???+ ??1+??2??×cos???+ ??1+??2图1光拍频波的形成??1???22?? ?? 前部分为合成波的振幅,随时间缓慢变化,拍频???=声光效应以及驻波法。声光效应就是研究光通过声波扰动的介质时发生散射或衍射的现象。当超声波从声光介质中穿过时,会引起声光介质折射率的变化,会使介质折射率产生正弦或余弦规律变化,并随超声波一起传播,使声光介质变成一个相位光栅,当激光穿过声光介质时,就会发生光的衍射,即声光衍射。衍射光的强度、频率、方向等都随着超声波场而变化。由于衍射光的频率产生了与超声波频率有关的频率移动,实现了使激光束频移的目的,因此在实验中可获得确定频率差的图2声光效应原理示意图两束光,并形成光拍频波。本实验采用驻波法,各级衍射光中的频率分布和相应的频移量可用扫描干涉仪测量,使声光介质的厚度为超声波半波长的整数倍,使超声波发生反射,在声光介质中形成驻波场,其结果使入射激光产生多级对称衍射。第L级衍射光的角频率为????m=??0+(??+2??)Ω式中,L,m=0,±1,±2,±3,?拍频信号的检测实验中可用光电检测器接收光信号,光电检测器所产生的光电流与接收到的光强成正比: ??=g??2 式中g为光电转换系数,由于光的频率极高,而光电接收器只能对108????以下的光强变化作出反应,因此实际得到的光电流????近似为响应时间τ(??超声测速实验报告)进行人体内部器官的组织结构扫描和血流速度的测量等。(二)专题实验内容论述: 1)超声波的产生: 压电效应:某些固体物质,在压力的作用下产生形变,从而使物质本身极化,在物体相对的表面出现正、负束缚电荷,这一效应称为压电效应。通常具有压电效应的物质同时也具有逆压电效应,即当对施加电压后会发生变形。超声波探头利用逆压电效应产生超声波,而利用压电效应接收超声波。 2)超声波波型及换能器种类通常有如下三种: 纵波波型:当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时,此超声波为纵波波型。任何固体介质当其体积发生交替变化时均能产生纵波。横波波型:当介质中质点的振动方向与超声波垂直时,此种超声波为横波波型。由于固体介质除了能承受体积变形外,还能够承受切变变形。当其中剪切力交替作用于固体介质时均能产生横波。横波只能在固体介质中传播。表面波波型:是沿着固体表面传播的具有纵波和横波的双重性质的波。表面波可以看成是由平行于表面的纵波和垂直于横波的横波合成,振动质点的轨迹为一椭圆,在距表面1/4波长深处振幅最强,随着深度的增加很快率减,实际上离表面一个波长以上的地方,质点振动的振幅已经很微弱了。 3)常用的超声波探头有直探头和斜探头两种: 探头通过保护膜或斜楔向外