双光栅微弱振动及多普勒效应一课件

双光栅微弱振动及多普勒双光栅微弱振动及多普勒效应效应双光栅微弱振动及多普勒效应1 1一、实验目的一、实验目的 1、熟悉一种利用光的多普勒频移形成光拍的原理，精确测量微弱振动位移的方法。2、作出外力驱动音叉时的谐振曲线。一、实验目的 2 2二、仪器结构二、仪器结构 1光电池座，在顶部有光电池盒，盒前有一小孔光阑，2电源开关，3光电池升降手轮，4音叉座，5音叉，6粘于音叉上的光栅（动光栅），7静光栅架，8半导体激光器，9锁紧手轮，10激光器输出功率调节，11信号发生器输出功率调节，12信号发生器频率调节，13驱动音叉用耳机，14频率显示窗口，15三个输出信号插口，Y1拍频信号，Y2音叉驱动信号，X为示波器提供“外触发”扫描信号，可使示波器上的波形稳定。二、仪器结构 1光电池座，在顶部有光电池盒，盒前有一小孔光3 3三、实验原理三、实验原理 1、位相光栅的多普勒频移当激光平面波垂直入射到位相光栅时，由于位相光栅上不同的光密和光疏媒质部分对光波的位相延迟作用，使入射的平面波变成出射时的摺曲波阵面,如右图。为衍射角，为光波波长）三、实验原理 1、位相光栅的多普勒频移为衍射角，为光波波长）4 4然而，如果由于光栅在y方向以速度v移动着，则出射波阵面也以速度v在y方向移动。从而，在不同时刻，对应于同一级的衍射光线，它的波阵面上出发点，在y方向也有一个vt的位移量 然而，如果由于光栅在y方向以速度v移动着，则出射波阵面也以速5 5把上面的第一个式子带入第二个则有 多普勒频率的获得图把上面的第一个式子带入第二个则有 多普勒频率的获得图6 62 2、光拍的获得与检测、光拍的获得与检测2、光拍的获得与检测7 7双光栅微弱振动及多普勒效应一课件8 8双光栅微弱振动及多普勒效应一课件9 93、微弱振动位移量的检测3、微弱振动位移量的检测1010四、实验内容实验内容 1、仪器连接将双踪示波器的Y1、Y2、X外触发输入端接至双光栅微弱振动测量仪的Y1、Y2、X的输出插座上，开启各自的电源，单踪示波器则不需接Y2，只观测Y1的拍频波。2、操作（1）几何光路调整小心取下“静光栅架”，（不可擦伤光栅）稍稍松开激光器顶部的锁紧手轮，用手小心地上下左右搬动激光器，让光束从安装静止光栅架的孔中心通过。调节光电池架手轮，让某一级衍射光正好落入光电池前的小孔内。锁紧激光器。四、实验内容 1、仪器连接1111（2）双光栅调整小心地装上“静光栅架”静光栅尽可能与动光栅接近（不可相碰！）用一屏放于光电池架处，慢慢转动光栅架，务必仔细观察调节，使得二个光束尽可能重合。去掉观察屏，轻轻敲击音叉，调节示波器，配合调节激光器输出功率，应看到很漂亮的拍频波。（3）音叉谐振调节先将“功率”旋钮置于6-7点钟附近，调节“频率”旋钮，（500HZ附近），使音叉谐振。调节时用手轻轻地按音叉顶部，找出调节方向。如音叉谐振太强烈，将“功率”旋钮向小钟点方向转动，使在示波器上看到的T/2内光拍的波数为1020个左右较合适（2）双光栅调整1212（4）测出外力驱动音叉时的谐振曲线固定“功率”旋钮位置，小心调节“频率”旋钮，作出音叉的频率振幅曲线。（5）改变音叉的有效质量，研究谐振曲线的变化趋势，并说明原因。改变质量可用橡皮泥或在音叉上吸一小块磁铁。注意，此时信号输出功率不能变！（4）测出外力驱动音叉时的谐振曲线1313双光栅微弱振动及多普勒效应一课件1414五、思考题五、思考题 1、如何判断动光栅与静光栅的刻痕已平行？2、作外力驱动音叉谐振曲线时，为什么要固定信号功率？3、分析该方法测量振动位移出现误差的因素有哪些？五、思考题 1、如何判断动光栅与静光栅的刻痕已平行？1515