文档介绍：浙光WSG-I超声光栅声速仪说明书[1]
浙光WSG-I超声光栅声速仪说明书[1]
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WSG-I 型超声光栅声速仪说明书
一、前言
本仪器隶属声光效应实验范畴，在光路中放置一产生声波振动的媒介
实现对透过光的调制，而且调制效果可以与声信号存在可计算的联络，让
学生了解如何对光信号进行调制，以及实现这一过程的手段，同时也为测
量液体（非电解质溶液）中的声速提供另一种思路和方法，而采用超声光
栅技术测量液体中的声速，具有设备简单、操作方便、精确度高等优点。
WSG－ I 型超声光栅声速仪为专利产品 ( 专利号 : ，未经授权，凡生产、
销售、购买仿制产品均属侵权行为。
二、原理
光波在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）。
超声波作为一种纵波在液体中传播时，其声压使液体分子产生周期性
的变化，促使液体的折射率也相应的作周期性的变化，形成疏密波。此时，
如有平行单色光沿垂直于超声波传播方向通过这疏密相同的液体时，就会
被衍射，这一作用，类似光栅，所以称为超声光栅。
超声波传播时，如前进波被一个平面反射，会反向传播。在一定条件
下前进波与反射波叠加而形成超声频率的纵向振动驻波。由于驻波的振幅
可以达到单一行波的两倍，加剧了波源和反射面之间液体的疏密变化程度。某时刻，纵驻波的任一波节两边的质点都涌向这个节点，使该节点附近成
为质点密集区，而相邻的波节处为质点稀疏处；半个周期后，这个节点附近的质点有向两边散开变为稀疏区，相临波节处变为密集区。在这些驻波中，稀疏作用使液体折射率减小，而压缩作用使液体折射率增大。在距离等于波长 A 的两点，液体的密度相同，折射率也相等，如图一所示。
y
疏
密
疏
密
疏
反
t
n
射
n0
nmax
n min
n max
板
y
密
疏
密
疏
密
反
t+T/2
n
射
n0
n max
板
n min
n min
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图一

在 t

和 t+T/2(T 为超声振动周期 ) 两时刻振幅液体疏密分布和折射率 n 的变化

y，
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单色平行光λ沿着垂直于超声波传播方向通过上述液体时，因折射率
的周期变化使光波的波阵面产生了相应的位相差，经透镜聚焦出现衍射条
纹。这种现象与平行光通过透射光栅的情形相似。因为超声波的波长很短，
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只要盛装液体的液体槽的宽度能够维持平面波（宽度为

l

），槽中的液体就
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相当于一个衍射光栅。图中行波的波长

A 相当于光栅常数。由超声波在液
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体中产生的光栅作用称作超声光栅。当满足声光喇曼－奈斯衍射条件
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2 l / A2 1时，这种衍射相似于平面光栅衍射，可得如下光栅方程
（式中 k 为衍射级次，φ k 为零级与 k 级间夹角）
Asin k k
在调好的分光计上，由单色光源和平行光管中的会聚透镜（ L1 ）与可
调狭缝 S 组成平行光系统，如图二所示：
f