[实用新型]激光超声光栅演示实验仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种声光效应实验仪器，更具体的说，是一种激光超声光栅演示实验仪。

背景技术

目前，在大学物理实验中，有利用分光计和测微目镜，通过声光效应测定液体中的声速的实验装置。该装置主要是在光路中放置一能产生波振动的媒介，通过对透光的调制并进行一种计算，实现测量在液体中的声速。一般采用压电陶瓷片(PZT)作为振动媒介，其在高频信号源(频率约10MHz)所产生的的交变电场的作用下，可发生周期性的压缩和伸长振动，在液体中的传播就形成了超声波。当一束平面超声波在液体中传播时，其声压使液体分子作周期性变化，液体的局部就会产生周期性的膨胀与压缩，这使得液体的密度在波传播方向上形成周期性分布，促使液体的折射率也做同样的分布，形成了所谓疏密波。这种疏密波所形成的密度分布层次结构，就是超声场的图象，此时若有平行光沿垂直于超声波传播方向通过液体时，平行光就会被衍射。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n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。而在其它时刻，波的现象则完全消失，液体的密度处于均匀状态。超声场形成的层次结构消失，在视觉上是观察不到的，但如果有光线通过超声场时，观察驻波场的结果会是：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：

d sinΦ_K＝Kλ(K＝0，1，2，......)

但实际上由于Φ角很小，因此可以近似地认为：

sinΦ_K＝l_K/f

其中l_K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：

d＝K·λ/sinΦ_K＝K·λ·f/l_K

因此超声波在液体中的传播速度：

V＝λ·v

但进行上述实验的仪器存有以下的主要缺点：

1.不能看到形象的超声光栅形状。

2.只能用分光仪和测微目镜观察，视野很小，不能进行课堂演示教学。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种方便教学的激光超声光栅演示实验仪，既可观察到超声波在液体介质中形成的位相光栅，又能清晰地观察到激光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。

本实用新型是通过以下的技术方案予以实现：

一种激光超声光栅演示实验仪，包括位置相对应的激光器和光屏，以及安装在水槽上方的超声探头，所述激光器和光屏分别设立在光具导轨的两端，所述水槽位于二者之间，在水槽和激光器之间还设有一个扩束镜，这四者均安装在光具导轨上并且位置可调。

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。

作为本实用新型的进一步改进，所述光屏上标有刻度尺。

作为本实用新型的进一步改进，所述超声探头有两只，通过转轴支架相连，可轮流切换转至水槽的正上方。

采用二通道的专用大功率高频信号发生器，分别作用在这两个共振频率不同的超声探头上，将产生不同频率的两种超声波，因此，可以得到二种不同的演示效果。

1.声场光栅的获得：