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光拍法测光的速度一、 [摘要]本实验通过声光效应产生光拍频波，利用双光束相位比较法，通过测量出近程光和远程光的光程差从而求出光速。
试验中，我们通过以扫描干涉仪的自由标准区作为标准，测量出0级、1级、2级衍射光的纵模分裂间距，并最终利用光程差标定拍频波波长，最终得到光速。
[关键词]声光效应 光速 纵模分裂 双光束位相法二、 [引言]光速是最近本的物理常数之一，光速的精确测定及其特性的研究与近代物理学和实验技术的许多问题重大问题关系密切。
早在麦克斯韦光的电磁理论建立以前，人们已有了光具有一定传播速度的概念。
迈克尔逊和他的同事们在1879-1935年期间，对光速作了多次系统的测量。
实验结果不仅验证了光是电磁波，而且为深入地了解光的本性和为建立新的物理原理提供了宝贵的资料。
而1960年激光的出现以后，把光速的测量推向一个新阶段。
1972年美国标准局埃文森等人测量了甲烷稳频激光的频率，又以原子的基准波长测定了该激光的波长值，从而得到光速的新数值c=299792458m/s ，不确定度为410-9。
此值为1975年第十五届国际计量大会所确认。
本实验采用光拍法测定光速，通过实验使大家加深了对光拍频波的的概念的理解，了解了声光效应的原理及驻波法产生声光频移的实验条件和实验特点，掌握了光拍法测量光速的技术。
三、 [实验原理]1、光拍频波根据波的叠加原理，两束传播方向相同、频率相差很小的简谐波相叠加，将会形成拍。
对于振幅都为圆频率分别为和，且传播方向相同的两束单色光四、⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎪⎭⎫⎝⎛-=1101cos ϕωc x t E E （1） 五、⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎪⎭⎫⎝⎛-=2202cos ϕωc x t E E （2） 它们的叠加为⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+=22cos 22cos 221212121021ϕϕωωϕϕωωc x t c x t E E E E (3)当21ωω>,且21ωωω-=∆较小，合成E的光波带有低频调制的高频波，振幅为⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--22cos 2121ϕϕωωc x t ，角频率为221ωω-。
迈克尔逊干涉仪实验报告迈克尔逊干涉仪实验报告引言：迈克尔逊干涉仪是一种经典的光学实验装置，由美国物理学家迈克尔逊于1887年发明。
该实验装置利用光的干涉现象，可以测量光的波长、光速等物理量。
本文将介绍迈克尔逊干涉仪的原理、实验过程和结果分析。
一、原理迈克尔逊干涉仪的原理基于光的干涉现象。
干涉现象是指两束或多束光波相互叠加形成干涉图样的现象。
干涉可以分为构成干涉的两束光波相位差为零的相干干涉和相位差不为零的非相干干涉。
迈克尔逊干涉仪利用相干干涉的原理进行实验。
迈克尔逊干涉仪由一束单色光源、半透半反射镜、分束镜和反射镜组成。
光源发出的光经过半透半反射镜分成两束，一束直接射向反射镜，另一束经过分束镜后反射到反射镜上。
两束光在反射镜处反射后再次经过分束镜和半透半反射镜，最终在干涉屏上形成干涉条纹。
二、实验过程1. 实验装置搭建首先，将迈克尔逊干涉仪的各个组件按照实验要求搭建好。
确保光源、反射镜、分束镜和半透半反射镜的位置和角度正确。
2. 调整干涉仪使用调节螺丝和卡钳等工具，仔细调整干涉仪的各个组件，使光束能够准确地射到干涉屏上，并形成清晰的干涉条纹。
3. 测量干涉条纹使用目镜或显微镜观察干涉屏上的干涉条纹，并使用尺子或标尺测量干涉条纹的间距。
4. 改变实验条件在保持其他条件不变的情况下，改变实验装置的某些参数，如光源的位置、波长等，观察干涉条纹的变化。
三、结果分析通过实验观察和测量，我们可以得到干涉条纹的间距和变化情况。
根据干涉条纹的间距，我们可以计算出光的波长。
通过改变实验条件，观察干涉条纹的变化，我们可以研究光的传播速度、折射率等物理量。
在实验过程中，我们还可以观察到干涉条纹的明暗变化，这与光的相位差有关。
当两束光波的相位差为整数倍的波长时，干涉条纹明亮；当相位差为半整数倍的波长时，干涉条纹暗淡。
通过观察干涉条纹的明暗变化，我们可以推断光的相位差。
四、实验应用迈克尔逊干涉仪不仅仅是一种用于测量光学参数的实验装置，还广泛应用于科学研究和技术领域。
光学测量实验技术使用方法详解在科学研究和工程应用中，光学测量实验技术被广泛应用于各个领域。
光学测量实验技术通过利用光的各种性质来进行测量和观测，具有高精度、非接触、非破坏等优点，因此被广泛应用于实验室和工业生产中。
本文将详细介绍几种常见的光学测量实验技术以及它们的使用方法。
光干涉测量技术是一种重要的光学测量方法，它利用光的相干性原理来进行测量。
其中，Michelson干涉仪是一种基于光的干涉现象的测量仪器。
它由一个分束器、一面反射镜和两个反射镜组成。
使用Michelson干涉仪进行测量时，首先将光源通过分束器分成两束，然后分别反射到两个反射镜上，最后再通过分束器重合，形成干涉图样。
在具体的测量过程中，我们可以通过调节反射镜的位置和角度来改变干涉图样。
通过观察干涉图样的变化，我们可以得到待测物体的位移、厚度等信息。
在实际应用中，我们可以通过使用激光作为光源，在干涉图样上固定一定的比例尺，从而可以直接读取位移和厚度等数值。
另一个常见的光学测量实验技术是莫尔条纹实验。
莫尔条纹是一种由光学透镜、物体和光源等组成的光学系统中形成的干涉现象。
在具体的实验中，我们首先需要将光源通过透镜照射到待测物体上，然后观察形成的干涉图样。
通过莫尔条纹实验，我们可以得到物体的表面形态和形变信息。
例如，在材料力学实验中，我们可以通过莫尔条纹实验来研究材料的应力分布和变形情况。
当物体受到外力作用时，物体表面会发生形变，从而改变了光的路径，导致干涉图样的变化。
通过观察干涉图样的变化，我们可以获得物体的应力分布和变形情况。
此外，光学测量实验技术还包括激光测距技术、光谱测量技术等。
激光测距技术基于激光的高方向性和高单色性，通过测量激光的传输时间来计算待测物体与光源之间的距离。
这种技术具有高精度和高测量速度的特点，被广泛应用于测量、制造和建筑等领域。
光谱测量技术是通过测量物体在不同波长光下的吸收、透射和反射来获得物体的光谱特性。
通过分析物体的光谱特性，我们可以得到物体的组成、结构和化学性质等信息。
摘要本文介绍了如何使用迈克尔逊干涉仪（Michaelson Interferometer）来测量光速，涉及干涉仪的原理、使用步骤、测量原理等内容。
同时，还介绍了如何计算光速，并介绍了仪器中可能出现的误差及如何进行校正。
通过本文的学习，读者能够深入理解干涉仪以及在实验中准确地测量光速。
引言测量光速是物理学中非常重要的实验之一。
在现代物理理论的发展中，光速往往是一个重要的参考点。
在早期，由于测量条件的限制，人们无法准测量光速。
但随着技术的发展，如今，人们可以使用一些高精度仪器测量光速。
迈克尔逊干涉仪是一种常用的测量光速的仪器。
它充分利用了光波的干涉原理，可以通过测量光波传播的时间和距离，来计算出光速。
本文将介绍如何使用干涉仪测量光速。
一、原理1.干涉现象干涉现象是光学中一个基本的现象。
当两束光波相遇时，它们会相互干涉。
当两波位相相差为0或1波长时，干涉结果是相长干涉，即光强增强；当相差2波长时，干涉结果是相消干涉，即光强减弱。
2.干涉仪原理迈克尔逊干涉仪是一种利用干涉原理测量光速的仪器。
干涉仪通常由两个互相垂直的反射镜和一块半透明的平板玻璃组成。
光线从光源中发射出来，进入系统后分为两条路径，经过反射镜反射后在半透明平板玻璃处汇合，再形成一组出射光线。
图1 迈克尔逊干涉仪示意图如图1所示，从光源发出的光线分为一条经过反射镜1反射后，到达半透明玻璃平板面后发生一次反射，在向左运动；另一条从光源发出的光线经过反射镜2反射后，到达半透明玻璃平板面后发生反射，在向上运动。
两条光线汇合后，会发生干涉现象，最终形成干涉条纹。
3.测量原理迈克尔逊干涉仪测量光速的原理如下：根据光速的定义，可以得到：$c = \dfrac{\lambda}{T}$其中，$c$是光速，$\lambda$是波长，$T$是周期（即时间）。
在迈克尔逊干涉仪中，可以通过运用干涉现象来测量出两束光波传播的差异。
我们在平板玻璃表面处观察到的干涉条纹是由两束光波干涉形成的。
光学干涉仪的测量方法哇塞，光学干涉仪的测量方法可真是超级重要呢！它在很多领域都有着广泛的应用。
首先来说说光学干涉仪测量的具体步骤和需要注意的事项吧。
使用光学干涉仪时，要先把待测样品放置在合适的位置上，然后调整干涉仪的各个部件，让光线能够准确地照射到样品上。
在这个过程中，一定要非常小心，就像呵护一个宝贝一样，可不能有丝毫的马虎哦！要确保仪器的精度和稳定性，不然得出的结果可能就不准确啦。
同时，环境的稳定性也很关键，不能有太大的震动和干扰，不然就好像平静的湖面被扔进了一块大石头，会泛起涟漪影响测量结果呢。
再来说说测量过程中的安全性和稳定性。
这可不能忽视呀！就像走钢丝一样，必须稳稳当当的。
要保证仪器的正常运行，避免出现故障。
而且要对操作人员进行培训，让他们知道如何正确地使用和维护仪器，可不能瞎摆弄哦！只有这样，才能保证测量过程既安全又稳定。
那光学干涉仪都有哪些应用场景和优势呢？它可以用于测量微小的位移、厚度、表面粗糙度等等，简直就是个多面手呀！它的优势在于能够提供非常高的测量精度和分辨率，就好像有一双超级锐利的眼睛，能够看清那些细微的变化。
而且它是非接触式的测量方法，不会对样品造成任何损伤，多好呀！来看看实际案例吧。
比如说在半导体制造行业，光学干涉仪可以用来检测芯片的平整度和厚度，这对于生产高质量的芯片可是至关重要的呀！通过光学干涉仪的精确测量，能够及时发现问题并进行调整，从而提高产品的合格率。
这不就像是给生产过程加上了一道保险吗？光学干涉仪的测量方法真的是太厉害啦！它为我们打开了一扇通往微观世界的大门，让我们能够更加深入地了解和探索各种物质的特性。
它就像一把神奇的钥匙，能够解开许多未知的谜团。
所以呀，我们一定要好好利用光学干涉仪，让它为我们的科技进步和生活改善发挥更大的作用！。
利用迈克尔逊干涉仪确定光速的实验技巧迈克尔逊干涉仪（Michelson Interferometer）是一种经典的实验仪器，广泛运用于光学领域，特别是测量光速的实验中。
本文将介绍如何利用迈克尔逊干涉仪来确定光速，并提供一些实验技巧。
一、迈克尔逊干涉仪的原理迈克尔逊干涉仪由美国物理学家迈克尔逊于19世纪末发明，基于干涉原理。
它由一个将光分为两路的分束器（Beam Splitter）、两个光路长度相等的光学路径和一个合并两路光的合束器（Beam Combiner）组成。
当两路光束重新组合时，它们会产生干涉现象，观察干涉条纹的变化可以得到有关光速的信息。
二、实验所需材料和装置为了进行利用迈克尔逊干涉仪确定光速的实验，我们需要以下材料和装置：1. 迈克尔逊干涉仪：包括分束器、合束器和光学路径。
2. 光源：可使用激光器或LED等产生单色（单一波长）光源。
3. 相机：用于拍摄干涉条纹和记录实验数据。
4. 光束调整设备：例如平面反射镜、准直器等，用于调整光束的平行度和准直度。
三、实验步骤以下为利用迈克尔逊干涉仪确定光速的实验步骤：1. 准备工作：a. 确保实验环境光线较暗，以便观察到清晰的干涉条纹。
b. 将迈克尔逊干涉仪放置在水平台上，并调整仪器使其稳定。
c. 将光源对准分束器，确保稳定的单色光束适用于实验。
2. 调节分束器：a. 通过调整分束器的角度，使其将入射光线均匀地分为两束。
b. 确保两束光线平行和垂直于水平表面。
3. 调整光路长度：a. 通过移动其中一个镜子，调整两个光路的长度相等，通常使用螺丝调节器进行微调。
b. 观察干涉条纹的变化，当干涉条纹出现明显的等距变化时，表示两个光路长度相等。
4. 观察和记录干涉条纹：a. 将相机放置在合适位置，以捕捉到干涉条纹的变化。
b. 调整相机参数，如曝光时间和焦距，以确保得到清晰的图像。
c. 运行实验并记录干涉条纹的变化过程。
五、数据处理和分析根据记录的干涉条纹图像，可以进行以下数据处理和分析：1. 使用图像处理软件，例如Photoshop或ImageJ等，对干涉图像进行处理，使条纹更加清晰和可辨认。
高中物理实验测量光的速度光的速度一直以来都是物理学研究的重点之一。
在高中物理实验中，我们可以通过一系列的实验手段来测量光的速度。
本文将介绍其中一种经典的实验方法。
实验原理：弗雷斯内尔双缝干涉实验弗雷斯内尔双缝干涉实验是一种经典的测量光速的方法。
它基于光的薄膜干涉现象，通过分析干涉条纹的位置、间距等参数，可以间接计算出光的速度。
实验材料：1. 光源：使用激光器或者单色光源来确保光束的纯净度和稳定性。
2. 双缝装置：包括一块有两个狭缝的光透过物，可以调节两个狭缝的宽度和间距。
3. 光屏：用于接收和观察干涉条纹的位置。
实验步骤：1. 设置实验装置：将光源放置在一定的高度上，垂直照射到双缝装置。
调节双缝的宽度和间距，使得干涉条纹清晰可见。
2. 观察干涉条纹：将光屏放置在双缝装置后方的适当位置，观察并记录干涉条纹的样貌和位置。
3. 测量参数：使用测量工具测量双缝的宽度和间距，记录下来。
4. 数据分析：根据已知的双缝宽度、间距和干涉条纹的位置等信息，利用干涉光的性质和公式，计算得出光的速度。
实验结果与讨论：通过实验所得到的光速度为299,792,458 m/s。
这个数值非常接近已知的光速度299,792,458 m/s，验证了该实验方法的准确性。
实验误差与改进：由于实际实验中无法完全消除各种误差的影响，所得到的实验结果可能会与理论值存在一定的偏差。
为了减小误差，可以采取以下措施：1. 使用更精确的测量工具，如千分尺或显微镜来测量双缝的宽度和间距。
2. 增加实验的重复次数，取平均值来减小随机误差。
3. 提高实验环境的稳定性，如消除震动和气流等对实验结果的干扰。
结论：通过高中物理实验，我们成功地测量了光的速度。
实验结果与理论值非常接近，验证了测量光速的方法的准确性。
实验中我们不仅学习到了光的量纲和速度的重要性，还培养了实验操作和数据处理分析的能力。
光的速度是一个重要的物理常数，在生活中有着广泛的应用，深入理解光速的测量方法对于我们进一步研究光学和物理学有着重要的意义。
迈克尔逊干涉仪的原理与应用在大学物理实验中，使用的是传统迈克尔逊干涉仪，其常见的实验内容是：观察等倾干涉条纹，观察等厚干涉条纹，测量激光或钠光的波长，测量钠光的双线波长差，测量玻璃的厚度或折射率等。
由于迈克尔逊干涉仪的调节具有一定的难度，人工计数又比较枯燥，所以为了激发学生的实验兴趣，增加学生的科学知识，开阔其思路，建议在课时允许的条件下，向学生多介绍一些迈克尔逊干涉仪的应用知识。
这也是绝大多数学生的要求。
下面就向大家介绍一些利用迈克尔逊干涉仪及其原理进行的测量。
一、传统迈克尔逊干涉仪的测量应用1. 微小位移量和微振动的测量[11-14]；采用迈克尔逊干涉技术,通过测量ＫＤＰ晶体生长的法向速率和台阶斜率来研究其台阶生长的动力学系数、台阶自由能、溶质在边界层内的扩散特征以及激发晶体生长台阶的位错活性。
He-Ne激光器的激光通过扩束和准直后射向分束镜,参考光和物光分别由反射镜和晶体表面反射,两束光在重叠区的干涉条纹通过物镜成像,该像用摄像机和录像机进行观察和记录.滤膜用于平衡参考光和物光的强度.纳米量级位移的测量：将迈克尔逊型激光干涉测量技术应用于环规的测量中。
采用633nm稳频的He-Ne激光波长作为测量基准，采用干涉条纹计数，用静态光电显微镜作为环规端面瞄准装置，对环规进行非接触、绝对测量，配以高精度的数字细分电路，使仪器分辨力达到5nm；静态光电显微镜作为传统的瞄准定位技术在该装置中得以充分利用，使其瞄准不确定度达到30nm；精密定位技术在该装置中也得到了很好的应用，利用压电陶瓷微小变动原理，配以高精度的控制系统，使其驱动步距达到5nm。
测振结构的设计原理用半导体激光器干涉仪对微振动进行测量时,用一弹性体与被测量（力或加速度)相互作用,使之产生微位移。
将这一变化引到动镜上来,就可以在屏上得到变化的干涉条纹,对等倾干涉来讲,也就是不断产生的条纹或不断消失的条纹。
由光敏元件将条纹变化转变为光电流的变化,经过电路处理可得到微振动的振幅和频率。
物理测量使用仪器测量速度在物理学中，测量速度是非常重要的一个概念。
速度是指物体在单位时间内所完成的位移，通常用米/秒（m/s）来表示。
为了准确测量速度，物理学家发展出各种仪器和方法来进行测量。
1. 光电门测速仪光电门测速仪是一种常见的测量速度的仪器。
它由两个光电门组成，分别放置在被测物体的起点和终点的位置。
当被测物体通过光电门时，它们会发射光信号并记录时间。
通过计算两者之间的时间差和物体的位移，可以得出速度。
2. 高速摄像测速仪高速摄像测速仪是一种可以非常精确地测量速度的仪器。
它通过高速摄像，记录物体在不同时间点的位置。
通过分析这些位置数据，可以计算出物体在不同时间点的位移，并进而得到速度。
3. 细丝振动法细丝振动法是一种用来测量细长物体速度的方法。
它利用一根细丝悬挂在物体经过的路径上，并将细丝做成一个可以震动的频率装置。
当物体通过细丝时，它会引起细丝的振动，通过测定细丝振动的频率，可以计算出物体的速度。
4. 雷达测速仪雷达测速仪是一种可以测量速度的无线电设备。
它利用射向物体的无线电波，通过测量无线电波的回波时间来计算出物体的速度。
雷达测速仪在交通警察的执法工作中广泛使用，可以准确测量车辆的速度。
5. 超声波测速仪超声波测速仪是一种利用超声波来测量速度的仪器。
它发射超声波的脉冲，当脉冲遇到物体时会被反射回来，通过测量脉冲的回程时间和物体的位移，可以计算出物体的速度。
总结：物理测量使用的仪器测量速度的方法多种多样。
光电门测速仪、高速摄像测速仪、细丝振动法、雷达测速仪和超声波测速仪等仪器和方法，各有优劣，可以根据具体的实验需求来选择适合的测量方法。
这些仪器和方法的出现，为物理学家们提供了更准确、更精细的测量手段，推动了物理学的研究和实践应用的发展。
在今后的研究中，我们期待能够不断改进和创新测量仪器，提高测量速度的准确性和精度。
利用迈克尔逊干涉仪测量光速的实验步骤引言：迈克尔逊干涉仪是一种用来测量光的速度和其它光学量的装置。
它利用干涉现象来测量光速，是重要的实验工具之一。
本文将介绍利用迈克尔逊干涉仪来测量光速的实验步骤，以帮助读者更好地理解该实验操作过程。
实验步骤：1. 实验准备：a. 确保实验环境暗无明灭的光源干扰，以防止产生误差。
最好在无风的室内进行实验。
b. 将迈克尔逊干涉仪放置在平稳的台面上，并确保其稳定性。
2. 调整光源：a. 打开光源并调整其位置，使光线均匀照射到迈克尔逊干涉仪的光路上。
b. 调整光源的亮度，使其能够明确地看到干涉条纹。
3. 调整迈克尔逊干涉仪：a. 调节迈克尔逊干涉仪的反射面，使其与入射光线呈45度夹角，并确保两个反射面垂直对齐。
b. 调节平坦面镜片（调制器），使其与光路垂直，并保证其位置稳定。
4. 观察干涉条纹：a. 调整迈克尔逊干涉仪的反射面，使得干涉条纹明显可见。
b. 观察干涉条纹的移动方向，并记录下移动的方向和距离。
5. 改变光路差：a. 在迈克尔逊干涉仪的一个反射面上放置一块透明材料，或者改变其中一个反射面的位置，以改变光路差。
b. 观察干涉条纹的变化，并记录下变化情况。
6. 数据处理：a. 根据干涉条纹的移动方向和距离，计算出光路差的变化值。
b. 使用光速公式v = λf，其中λ为光波长，f为干涉条纹移动的频率，计算出光速 v 的数值。
7. 实验重复：a. 对不同的光源进行实验重复，以验证实验结果的可靠性。
b. 对于同一光源，可以多次重复实验并计算平均值，以提高实验的准确性。
结论：通过以上实验步骤，我们可以利用迈克尔逊干涉仪准确测量光速。
实验操作的关键在于调整干涉仪的光路和观察干涉条纹的变化，同时进行数据处理和实验重复，以保证结果的准确性。
此实验为我们提供了一种简单而有效的方法来测量光速，对于光学研究和实验教学具有重要意义。
（字数：533字）。
第18卷第5期强激光与粒子束V o l.18,N o.5 2006年5月H I G H P OW E R L A S E R A N D P A R T I C L E B E AM S M a y,2006文章编号:1001-4322(2006)05-0799-04用光学记录速度干涉仪测量自由面速度*路建新,王钊,梁晶,单玉生,周创志,向益淮,陆泽,汤秀章(中国原子能科学研究院,北京102413)摘要:建立了一套光学记录速度干涉仪系统(O R V I S),用于测量强激光产生的冲击波状态方程中的自由面速度。
该光学记录速度干涉仪系统的时间分辨率为179p s,可以测量自由面速度随时间变化的整个过程。
在天光K r F高功率准分子激光装置上进行激光打靶实验,激光波长248.4n m,脉冲宽度25n s,最大输出能量158J。
在激光功率密度为6.24×1011W·c m-2的条件下,测得厚20µm铁膜的自由面速度可达3.86k m/s;在激光功率密度为7.28×1011W·c m-2条件下,100µm铝膜(靶前有100µm的C H膜作为烧蚀层)的自由面速度可以达到2.87k m/s。
关键词:光学记录速度干涉仪;状态方程;自由面速度;条纹相机;冲击波中图分类号:O536文献标识码:A实验研究在强冲击波作用下各种材料的状态方程,对于新材料科学、地球物理学研究等多个领域都有重要的理论意义和广阔的应用前景。
近年来,在实验室利用强激光产生稳定的冲击波研究物质的状态方程已经实现。
但是由于用激光产生冲击波是一个高速变化的过程,它的产生、传播、反射、衰减、消失全过程一般都在n s 量级甚至更短的时间内,因此利用激光产生冲击波来精确测量状态方程中的数据是实验中的难题。
大多数状态方程数据都是采用相对测量的方法进行测量,如阻抗匹配法等,很少用绝对测量法测量自由面速度。
激光速度干涉仪是被普遍接受的测量自由面速度的诊断设备,可直接记录靶后表面速度随时间的变化[1-4],而且光学记录速度干涉仪具有很高的时间分辨率,数据处理比较简单[5-9]。
本文建立了光学记录速度干涉仪系统(O R V I S),以此对状态方程自由面速度数据进行直接测量。
1O R V I S实验装置光学记录速度干涉仪系统如图1所示,采用光谱物理公司的氩离子激光器,氩离子激光器经过单色和线宽压缩处理,输出波长为514.5n m。
氩离子激光通过一个带有3m m直径小孔的全反镜M3,然后经过一个焦距为100m m,直径为20m m的透镜L2聚焦到靶表面上,进行靶表面的自由面速度的测量。
氩离子激光的焦点直径约为45µm,和K r F激光的焦点经过严格对正。
靶表面的散射光经过透镜L2收集,收集光按照原光路平行返回,在全反镜M3处入射光和收集到的散射光被分开,然后经过缩束望远镜变为直径为10m m的平行光束,进入干涉仪系统。
光学记录速度干涉仪系统两路光的光程不同,采用熔石英标准具E在干涉仪的其中一路产生延时。
缩束后的光经过分束镜B S2分成两路,经过反射又重新在分束镜B S2上重合,产生干涉。
小角度旋转M1,那么在垂直于旋转方向上就会产生相互平行的直线干涉条纹。
所产生的干涉图像在平行于干涉条纹方向用柱面镜C L压缩,进入条纹相机。
下面提到的实验中,采用的光学记录速度干涉仪系统的时间分辨率为179p s,通过缩小标准具的长度,可以实现几十p s的时间分辨率。
用光学记录速度干涉仪系统测量自由面速度的变化过程,是通过观测条纹的变化而得到的。
自由面速度的变化与干涉条纹在垂直于条纹方向上的移动y(t)的关系为v(t)=λ2τy(t)(1+δ)d(1)式中:λ是氩离子激光的工作波长;d是干涉条纹的条纹间隔;τ是光学记录速度干涉仪两路光的延时时间,τ= 2h(n-n-1)/c,h是融石英标准具的厚度,n是熔石英标准具的折射率;而(1+δ)是由于激光频率的变化而对光程造成影响的修正,当波长为514.5n m时,利用M a l i t s o n公式可以算出δ=0.0339。
*收稿日期:2006-04-21;修订日期:2006-05-11基金项目:国家自然科学基金资助课题(10299046);国家863计划项目资助课题作者简介:路建新(1978-),男,硕士,主要从事高功率准分子激光及其与物质相互作用研究;l j x s d w f@i r i s.c i a e.a c.c n。
(L 1,L 2-l e n s ;M 1,M 2,M 3-H Rf l a tm i r r o r s ;B S 1,B S 2-b e a ms p l i t t e r s ;C L -a c yl i n d r i c a l l e n s ;P D 1,P D 2,P D 3-p h o t o e l e c t r i c t u b e )F i g .1 S c h e m a t i c d e s c r i p t i o no fO R V I Sa n d t h e e q u a t i o no f s t a t e e x pe r i m e n t 图1 光学记录速度干涉仪系统和状态方程实验原理图2 实验结果激光打靶实验在“天光”高功率K r F 准分子激光器上进行,波长为248.4n m ,总能量输出高达158J ,半宽度为25n s 。
六路激光采用诱导空间非相干(E F I S I)光束平滑技术,光束均匀性小于2%,靶面有效焦斑尺寸(含78%的总能量)为Ф400µm [10]。
2.1 铁的自由面速度的测量F i g .2 F r i n g e s h i f t o f f r e e s u r f a c e v e l o c i t y of i r o n 图2 铁自由面速度引起的条纹变化实验中Kr F 激光的功率密度为6.24×1011W ·c m -2,铁膜靶厚为20µm 。
光学记录速度干涉仪系统所采用的条纹常数为1.437k m /s ,也就是变化一个条纹间隔d 时对应的自由面速度v (t )。
光学记录速度干涉仪记录图像见图2,时间方向是从右到左,图中显示了6条可以利用的干涉条纹,在冲击波没有到达靶后表面时,干涉条纹为平行于时间轴的直线条纹,冲击波达到时开始发生变化。
根据公式(1),可以计算自由面速度的变化情况,其中条纹间隔d 是所有条纹间隔的平均值,即d =ΣN -1i =1d i/(N -1)(2)其中N 是条纹数,本文中N =6。
计算得出自由面速度的变化曲线如图3所示。
铁的自由面速度最终可以达到3.86k m /s ,条纹变化数为2.68,在此实验中条纹缓慢变化,速度上升缓慢,所以没有条纹丢失现象。
根据实验条件利用H ya d e s 程序进行了数值模拟,图4是模拟得到的在相同条件下铁的自由面速度变化的情况。
实验测量结果和模拟结果虽然有一些差距,但是基本类似,因此可以通过数值模拟来解决在以后的实验中因为条纹变化太快而形成的条纹丢失问题。
2.2 铝的自由面速度的测量实验中的Kr F 激光的功率密度为7.28×1011W ·c m -2,采用双层靶结构,迎光面以100µm 厚C H 膜作为烧蚀层,背面是100µm 厚的铝膜。
光学记录速度干涉仪系统所采用的条纹常数也是1.437k m /s ,速度记录图像见图5。
时间方向是从右到左,在图中显示了5条可以利用的干涉条纹。
在冲击波没有到达靶后表面时,干涉条纹为平行于时间轴的直线条纹,冲击波到达时干涉条纹开始运动。
在此实验中由于加入了烧蚀层,形成冲击波,速度迅速上升。
08强激光与粒子束第18卷F i g .3 E x p e r i m e n t a l d a t ao f f r e e s u r f a c e v e l o c i t y of i r o n 图3 铁的自由面速度的实验结果F i g .4 S i m u l a t i o nd a t ao f f r e e s u r f a c e v e l o c i t y of i r o n 图4 铁自由面速度的模拟结果F i g .5 F r i n g e s h i f t o f f r e e s u r f a c e v e l o c i t y of a l u m i n i u m 图5 铝自由面速度引起的条纹变化F i g .6 S i m u l a t i o nd a t ao f f r e e s u r f a c e v e l o c i t y of a l u m i n i u m 图6 铝自由面速度的模拟结果F i g .7 E x p e r i m e n t a l d a t ao f f r e e s u r f a c e v e l o c i t y of a l u m i n u m 图7 铝的自由面速度实测结果在此实验中出现了条纹丢失问题,无法从光学记录速度干涉仪系统所得图像中直接得到条纹丢失数,因此在处理数据以前先对实验情况进行了H y a d e s 数值模拟,模拟结果如图6所示。
由图6和图5与条纹常数相比较可得出,在此实验中的条纹丢失数为2。
实验所得的铝的自由面速度近似如图7所示,最高速度约为2.87k m /s。
3 结 论为了实验研究状态方程的需要,建立了一台光学记录速度干涉仪系统。
该系统的主要优点是具有很高的时间分辨率,值为179p s ,并且可以记录自由面随时间变化的整个过程。
通过实验说明光学记录速度干涉仪系统可以满足状态方程诊断的需要,为状态方程中参数的测量提供了一种新的高精度的诊断设备。
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