实验20 双光栅微弱振动位移的测量.pdf.PDFVIP

近代物理实验 —— 物理实验教学中心    实验 20 双光栅微弱振动位移的测量 引言  双光栅微弱振动位移的测量是一种把机械位移信号转化为光电信号的手段，光栅式位移 测量技术在长度与角度的数字化测量、运动比较测量、数控机床、应力分析等领域得到广泛 的应用。主要用于力学实验中作音叉振动分析、微弱振幅（位移）测量和光拍研究等。测绘 出外力驱动音叉时的谐振曲线。用光学手段研究力学问题，是一个力、光、电综合性很强的 实验。 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，掌握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。 3. 分析影响音叉谐振曲线的因素。 实验原理 1. 位相光栅的多普勒频移 多普勒效应是指光源、接收器、传播介质或之间反射器之间的相对运动引起的接收 接收到的光波频率发生变化，这种现象称多普勒频移效应。 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，见图 2 ，由于衍射干涉作用， 在远场，我们可以用大家熟知的光栅方程即（1）式来表示： d sin n （1） 式中 d 为光栅常数，为衍射角，为光波波长。 近代物理实验 —— 物理实验教学中心    Y v X 激光平面波 d  位相光栅 出射摺曲波阵面  图 2 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，见图 3 。 d sin n （1） t 这个位移量相应于光波位相的变化量为  。 2 2  t s v sin  t   （2 ） T=t 时刻的波前 T=0 时刻的波前  +2 level , w  + 2wd V 0