CN203276684U - 一种超声光栅物理实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及大专院校的物理实验装置，旨在提供一种超声光栅物理实验装置，包括位置相对应的钠灯和测微目镜，以及内装有压电陶瓷片的储液槽，压电陶瓷片由信号发生器驱动产生超声波，在储液槽的液体中形成超声光栅，在钠灯与储液槽之间依次设有可调狹缝和透镜L1；可调狹缝和测微目镜分别设立在光具导轨的两端，储液槽位于二者之间；储液槽与测微目镜之间另设有透镜L2。本实用新型不需要价值高分光仪设备就可清晰地观察到平行光束通过超声光栅形成的数级衍射光谱，从而方便进行定性和定量的分析，操作方便且成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及大专院校的物理实验装置，更具体地说，是一种超声光栅物理实验装置。
背景技术
1922年布里渊(L·Brillouin)曾预言，当高频声波在液体中传播时，如果有可见光通过该液体，可见光将产生衍射效应。这一预言在10年后被验证，这一现象被称作声光效应。1935年，拉曼(Raman)和奈斯(Nath)对这一效应进行研究发现，在一定条件下，声光效应的衍射光强分布类似于普通的光栅，所以也称为液体中的超声光栅，目前国内大专院校开设超声光栅现象的物理实验普遍要用分光仪设备，该设备价值高，实验成本较高，而且可进行其它关于光学实验的内容少，通用性差。
实用新型内容
本实用新型的目的是对现有技术进行改进，提供一种造价低、通用性强的超声光栅物理实验装置。
为了实现上述目的，本实用新型通过下述技术方案予以实现。
一种超声光栅物理实验装置,包括位置相对应的钠灯和测微目镜，以及内装有压电陶瓷片的储液槽，压电陶瓷片由信号发生器驱动产生超声波，在储液槽的液体中形成超声光栅，在所述钠灯与储液槽之间依次设有可调狹缝和透镜L1；所述可调狹缝和所述测微目镜分别设立在光具导轨的两端，所述储液槽位于二者之间；储液槽与所述测微目镜之间另设有透镜L2。
作为本实用新型的进一步改进，所述钠灯的位置固定，而所述可调狹缝、透镜L1、储液槽、透镜L2和测微目镜分别依次安装在所述光具导轨的水平直线上，且彼此间的距离可调。
作为本实用新型的进一步改进，所述光具导轨上标有刻度尺。
本实用新型超声光栅物理实验装置由依次安装在一根光具导轨上的可调狭缝、透镜、测微目镜、储液槽、压电陶瓷片、钠灯和信号发生器几个部件组成，彼此之间距离可调，且都处于同一中心轴线上。一般来说，可调狭缝中一维调节装置可调节缝隙0～5mm范围；将压电陶瓷片置于储液槽的液体中，信号发生器对压电陶瓷片施加大功率高频电信号，使其发生周期性形变振动，使得液体的密度在波传播方向上形成周期性疏密分布，促使液体的折射率也做同样分布。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，类似通过普通光栅，称为液体中的超声光栅。为了使衍射现象能稳定观察，要在有限尺寸储液槽内形成稳定驻波，驻波可加剧液体疏密变化的程度。
通过对超声波在t和t+T/2(T为超声振动周期）两个时刻的振幅Y、液体疏密分布和折射率η的变化分析，超声光栅的性质是：在某一时刻t，相邻两个密集区域的距离为λ，为液体中传播的行波的波长；而在半个周期以后，即t+T/2，所有这样区域的位置整个漂移了一个距离λ/2。此层次结构，人眼不能直接观察到，但平行光束垂直通过驻波时，波节为暗条纹（不透光），波腹为亮条纹（透光）。明暗条纹的间距为声波波长的一半，即为λ/2。由此得出由超声场的层次结构所形成的超声光栅性质为：当平行光通过超声光栅时，光线衍射的主极大位置由光栅方程决定:
dsinφk＝kλ（k=0，1，2，……）
由于本实验中光栅常数d就是声波的波长λs，所以方程可以写为：
λssinφk＝kλ光（k=0，1，2，……）
其中λ光是入射光的波长；光路图见如图2所示。
本实用新型与现有技术相比，有如下优点：
1、不需要价值高分光仪设备就可清晰地观察到平行光束通过超声光栅形成的数级衍射光谱，从而方便进行定性和定量的分析，操作方便。
2、实验中的计算测量简单精确，误差小。
3、实验装置可进行的光学实验内容多，相对降低了实验成本。
附图说明
图1是本实用新型超声光栅物理实验装置的结构示意图。
图2是本实用新型超声光栅物理实验装置的光路图。
图中：1钠灯、2可调狹缝、3透镜L1、4压电陶瓷片、5储液槽、6信号发生器、7测微目镜、8柱套滑块、9导轨、10透镜L2。
具体实施方式
下面结合附图1和2对本实用新型作进一步的描述。
一种超声光栅物理实验装置,包括位置相对应的钠灯1和测微目镜7，以及内装有压电陶瓷片4的储液槽5，所述可调狹缝2和测微目镜7分别设立在光具导轨9的两端，所述储液槽5位于二者之间，在钠灯1与储液槽5之间依次设有可调狹缝2及透镜L13，在储液槽5与测微目镜7之间另设有透镜L210。钠灯1有灯座，位置固定，其余五者分别安装在五个柱套滑块8上，柱套滑块8均安放光具导轨9上并且位置可调；光具导轨上标有刻度尺，以便读取各个滑块所处的位置。
各部件的具体固定结构可为：光具导轨9上部设为燕尾槽形状，柱套滑块8套入光具导轨9的燕尾槽中，所有滑块在导轨上固定后可保证在同一中心轴线上；在柱套滑块8上竖直地设有空心的柱套；在可调狭缝2、透镜3和10、测微目镜7、储液槽5上也均安装有竖直向下的立杆，可插入柱套滑块8上的空心柱套中；所有部件调整等高后由紧定螺钉作固定。
实验内容如下：
超声光栅衍射（见图2光路图）
超声波的频率约10MHZ左右，钠灯光经狹缝及透镜L1形成的平行光沿垂直于超声波传播方向通过液体时，平行光被衍射，类似于通过普通光栅，经透镜L2用测微目镜可观察到衍射图象。
实际上由于φ角很小，可以近似认为：
sinφk＝lk/f
其中lk为衍射零级光谱线至第k级光谱线的距离，f为L2透镜的焦距，所以超声波的波长
超声波在液体中的传播速度：
v＝λsν
式中ν为信号源的振动频率。
观察超声光栅衍射图像时,由于形成的超声光栅其光栅常数小的多，因此将一束平行光束照射到水槽上，即垂直照射到超声光栅上，平行光被衍射。仔细调节信号源输出频率，使形成的光栅常数改变，从而可以观察到正、负三到四级清晰的衍射图像。
最后，还要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一个具体实施例。显然，本实用新型还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种超声光栅物理实验装置,包括位置相对应的钠灯（1）和测微目镜（7），以及内装有压电陶瓷片（4）的储液槽（5），压电陶瓷片（4）由信号发生器（6）驱动产生超声波，在储液槽（5）的液体中形成超声光栅，其特征在于，在所述钠灯（1）与储液槽（5）之间依次设有可调狹缝（2）和透镜L1（3）；所述可调狹缝（2）和所述测微目镜（7）分别设立在光具导轨（9）的两端，所述储液槽（5）位于二者之间；储液槽（5）与所述测微目镜（7）之间另设有透镜L2（10）。
2.根据权利要求1所述的超声光栅物理实验装置，其特征在于，所述钠灯（1）的位置固定，而所述可调狹缝（2）、透镜L1（3）、储液槽（5）、透镜L2（10）和测微目镜（7）分别依次安装在所述光具导轨（9）的水平直线上，且彼此间的距离可调。
3.根据权利要求2所述的超声光栅物理实验装置，其特征在于，所述光具导轨（9）上标有刻度尺。
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|---|---|---|---|---|
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| CN105352583A (zh) * | 2015-11-30 | 2016-02-24 | 华南师范大学 | 一种测量超声波声压和声强的光学方法和装置及其应用 |
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