雙光柵弱振動測量儀

1、1. 靜態(tài)光柵(1)(圖一所示)平面波垂直入射平面光柵時光柵滿足光柵方程:dsin 0 =k 入(k=、0、1、2)1d:光柵常數(shù)入射光_k=0£0 :衍射角1 -1 *圖一入：光波波長k:衍射級數(shù)(2)假設平面波斜入射平面光柵時，如圖二所示。光場滿足光柵方程:d(sin 0 +sini)=k 入 (2)2. 光的多普勒頻移當光柵以速度V沿光的傳播方向運動時，出射波陣面也以速度V沿同一方向移動，因而在不同時刻 t,它的位移量記作 Vt。相應于光波位相發(fā)生變化L丨(t)(t) V ：t。3. 光拍的獲得與檢測雙光柵弱振動儀的光路簡圖如下:圖三本實驗采用兩片完全相同的光柵平行緊貼。B片靜

2、止只起衍射作用。A片不但起衍射作用，并以速度V相對運動那么起到頻移作用現(xiàn)對通過A光柵的1級和零級衍射光進行討論。(1)由于A光柵的運動方向與其1級衍射光方向呈角,(2)那么造成衍射后的位相變化為:2V sin v t參見(3)式k將(1)式代入：:-2 二 V . : tde-(to)=2 S(t)-s(t°)id此路光經(jīng)B光柵衍射后，取其零級記作(5)B光柵衍射后取其1級。此路光記作(6)E1 =E1oCOS(ot (t)(2) A光柵的零級光因與振動方向垂直，不存在相位變化經(jīng)E2 E01 cos' 0' 2)由圖三可看到E1, E2的衍射角均為B角，沿同一方向傳播

3、，那么在傳播方向上放置光探測器。探測器 接受到的兩束光總光強為< 2 2Eio cos (sot +®(t) +%)22I = P(Ei +E2)2 二 P< + E01 cosdotf)+ Ei°E°i cos®(t)+(聲一毋J+ E10E01 cos2coot +©(t) +(徨 +®i)由于光波的頻率很高，探測器無法識別。最后探測器實際上只識別:EoE°iCOS t 2 - ：1光探測器能測得的“光拍訊號的頻率為拍頻。=VAn 丁7式中第三項89n二丄為光柵常數(shù) 本實驗中n=100條/mm。 燈d4.弱振

4、動位移量的檢測:從9式可知，F(xiàn)拍與光頻無關，且正比于光柵移動速度 Va。如果將A光柵粘在音叉上，那么 Va是周A。期性變化。那么“光拍信號頻率 F拍也隨時間變化。音叉振動時其振幅為1 T /2A =VAdtT /22""F拍"*式中T為音叉振動周期,T /2° " F拍"tdt可直接在示波器的熒光屏上讀出波形數(shù)而得到，因為T /2o "F拍"tdt表示T/2內(nèi)的波的個數(shù)，其缺乏一個完整波形的首數(shù)及尾數(shù)，需在波群的兩端，按反正弦函數(shù)折算為波形的分數(shù)局部 即: 4 4 1sin asin b波形數(shù)=整數(shù)波形數(shù)+ 360360式中a、b為波群的首、尾幅度和該處完整波型的振幅之比。譏Kt?！扛綀D圖四 雙光柵弱振動測量儀結(jié)構(gòu)圖1光電池座，在頂部有光電池盒，盒前有一小孔光闌，2 電源開關，3光電池升降手輪，4音叉座，5 音叉，6粘于音叉上的光柵動光柵，7 靜光柵架，8半導體激光器，9 鎖緊手輪，10激 光器輸出功率調(diào)節(jié)，11信號發(fā)生器輸出功率調(diào)節(jié)，12信號發(fā)生器頻率調(diào)節(jié)，13驅(qū)動音叉用耳機，14頻率顯示窗口， 15三個輸出信號插口， Y