利用双光栅测量微弱振动实验报告

课程名称：大学物理实验（二）实验名称：双光栅测微振动光拍的获得与检测在检测器方向上, 频率不同、频率差较小的的光束叠加产生光拍E 1=E 10cos(ω0t +φ1) (7)E 2=E 20cos [(ω0+ωd )t +φ2] (8)E 1+E 2)2102cos 2(ω0t +φ1)+E 202cos 2[(ω0+ωd )t +φ2]+E 10E 20cos [(ω+φ2)]+ E 10E 20cos [(ω0−ω0+ωd )t +(φ1−φ2)] (9)光的频率很高，光电检测器对这么高的频率不能有所反应，所以光电检测器只能反应（ f 拍=ωd 2π=V A d=nV A (10)图5 双光栅测微振动实验器具组1—光电池升降调节手轮 2—光电池座，在顶部有光电池盒，盒前有一小孔光阑 3—电源开关4—音叉座 5—音叉 6—动光栅（粘在音叉上的光栅） 7—静光栅（固定在调节架上）8—静光栅调节架 9—半导体激光器 10—激光器升降调节手轮 11—调节架左右调节止紧螺钉12—激光器输出功率调节 13—耳机插孔 14—音量调节 15—信号发生器输出功率调节16—信号发生器频率调节 17—静光栅调节架升降调节手轮 18—驱动音叉用的蜂鸣器19—蜂鸣器电源插孔 20—频率显示窗口位移振幅A(mm)频率f(Hz)图7 不同频率下音叉的振幅七、结果陈述与总结：7.1结果陈述实验测量出音叉的谐振曲线如附录所示。

音叉振动频率从507.9Hz升至508.5Hz，音叉的振幅缓慢地从0.0188mm变大至0.0625mm。

音叉振动频率从508.5Hz升至508.7Hz，音叉的振幅急剧地从0.0625mm变大至0.1375mm；音叉振动频率从508.7Hz升至508.9Hz，音叉的振幅急剧地从0.1375mm变小至0.0725mm。

音叉振动频率从508.9Hz升至509.6Hz，音叉的振幅缓慢地从0.0725mm变小至0.0175mm。

一点都能产生拍频波，所以光斑正中心对准光电池上的小孔时，并不一定都能产生好的波形，有时光斑的边缘即能产生好的波形，可以微调光电池架或激光器的X-Y微调手轮，改变一下光斑在光电池上的位置，看看波形有否改善。 （5）测出外力驱动音叉时的谐振曲线
（1）几何光路调整
小心取下“静光栅架”（不可擦伤光栅），微调半导体激光器的左右、调节手轮，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。 （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，在示波器上应看到拍频波。注意：如看不到拍频波，激光器的功率减小一些试试。在半导体激光器的电源进线处有一只电位器，转动电位器即可调节激光器的功率。过大的激光器功率照射在光电池上将使光电池“饱和”而无信号输出。 （3）音叉谐振调节
0110021??
由于光波的频率很高，探测器无法识别。最后探测器实际上只识别式（9）中第三项
?E01E10cos(?(t)?(?2??1)) （10）
光探测器能测得的“光拍”讯号的频率为拍频。
F拍=
其中n??
?dvA
??vAn? （11） 2?d
1
为光栅常数。 d
4．微弱振动位移量的检测
从式（11）可知，F拍与光频?0无关，且正比于光栅移动速度vA。如果将A光栅粘在音叉上，则vA是周期性变化，即光拍信号频率F拍也随时间变化。音叉振动时其振幅为
2?
?
vsin??t（4）
??(t)?2?
即
v
?t （5） d
?(t)??(t0)?

用双光栅测量微弱振动用双光栅测量微弱振动一、 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；2. 作出外力驱动音叉时的谐振曲线。

二、 实验仪器双光栅微弱振动测量仪,双踪示波器。

三、实验原理1．位相光栅的多普勒频移所谓的位相材料是指那些只有空间位相结构，而透明度一样的透明材料，如生物切片、油膜、热塑以及声光偏转池等，他们只改变入射光的相位，而不影响其振幅。

位相光栅就是用这样的材料制作的光栅。

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，使入射的平面波在出射时变成折曲波阵面，如图1所示，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来表示：λθn d =sin（1）式中d 为光栅常数，θ为衍射角，λ为光波波长。

然而，如果由于光栅在y 方向以速度v 移动，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，它的波阵面上的点，在y 方向上也有一个vt 的位移量，如图2所示。

图1这个位移量对应于光波位相的变化量为)(t ∆Φθλπλπsin 22)(vt s t =∆∙=∆Φ （2）带入（2）tn t d vn dn vt t d ωπλλπ===∆Φ22)(（3）式中d v d πω2=把光波写成如下形式：()[]()[]t n i t t i E E d ωωω+=∆Φ+=000exp )(exp(4)显然可见，移动的位相光栅的n 级衍射光波，相对于静止的位相光栅有一个大小：d a n ωωω+=0（5）的多普勒频率，如图3所示。

2.光拍的获得与检测 光波的频率甚高，为了要从光频0ω中检测出多普勒频移，必须采用“拍”的方法。

也就是要把已频移的和未频移的光束相互平行叠加，以形成光拍。

本实验形成光拍的方法是采用两片完全相同的光栅平行紧贴，一片（B ）静止，另一片（A ）相对移动。

激光通过双光栅后形成的衍射光，即为两个光束的平行叠加。

双光栅微弱振动实验报告双光栅微弱振动实验报告引言：微弱振动是物理学中一个重要的研究领域，它涉及到许多实际应用，如地震监测、机械振动分析等。

在本次实验中，我们将使用双光栅技术来研究微弱振动现象，并探索其潜在应用。

实验装置：实验装置主要由激光器、双光栅、光电探测器和数据采集系统组成。

激光器产生一束单色、相干性很好的激光光束，该光束经过双光栅后会发生干涉现象。

光电探测器用于接收干涉信号，并将其转化为电信号。

数据采集系统则用于记录和分析电信号。

实验步骤：首先，我们将双光栅装置固定在一个平稳的支架上，并调整其位置，使得两个光栅的光程差为零。

然后，我们将激光器的光束照射到双光栅上，并将光电探测器放置在干涉图样的中心位置。

接下来，我们将通过改变实验装置的振动条件来研究微弱振动现象。

首先，我们将在实验装置上施加一个小的外力，例如用手轻轻拍击支架。

我们观察到干涉图样的形态发生了变化，这是因为振动引起了光栅的相对位移，从而改变了光程差。

然后，我们将通过改变外力的大小和频率来进一步研究微弱振动现象。

我们发现，当外力的频率接近光栅的固有频率时，干涉图样会出现明显的共振现象。

这是因为外力与光栅的固有振动频率相匹配，从而导致光栅的振幅增大。

结果与讨论：通过实验，我们成功地观察到了双光栅微弱振动现象，并研究了其频率响应特性。

我们发现，双光栅的共振频率与其固有振动频率密切相关。

这一发现对于设计和优化微弱振动传感器具有重要意义。

此外，我们还发现，双光栅的干涉图样对微弱振动非常敏感。

微小的振动可以导致干涉图样的形态发生明显变化，这为微弱振动的检测和测量提供了一种新的方法。

双光栅技术的高灵敏度和高分辨率使其在微弱振动领域具有广泛的应用前景。

结论：本次实验通过双光栅技术成功地研究了微弱振动现象，并探索了其潜在应用。

实验结果表明，双光栅具有高灵敏度和高分辨率，可以用于微弱振动的检测和测量。

这一技术在地震监测、机械振动分析等领域具有重要的应用前景。