双光栅测弱振动PPT课件

.1，背景知识，奥地利物理学家，数学家克里斯汀约翰多普勒，1842年，多普勒通过铁路道口时，发现火车远而近的警笛声越来越高，而火车远而远，音调越来越低。同年，他在一篇名为“OntheColoredLightofDoubieStars”的文章中提出了“多普勒效应”。多普勒效应广泛应用，如用于测量海水各层深度的海流速度和方向、卫星导航定位系统、音乐内乐器调音等的医学超声诊断仪。快照：根据振动重复的原理，两列的速度相同，振动面相同，频率差小，向相同方向传播的简单谐波叠加形成了快照。本实验是利用多普勒效应和位效应测量振动位移。将机械位移信号转换为光电信号的一种手段，光栅位移测量技术广泛应用于长度和角度的数字测量、运动比较测量、数控机床、应力分析等领域。2，实验原理，相位光栅的衍射激光平面波垂直入射到相位光栅时，由于相位光栅的不同光密度和光波的相位延迟而入射的平面波出射时的折射波阵列。在“远”字段中，使用光栅方程表示移动的相位晶格生成频率，如果光栅在y方向移动到速度v，则发射阵列也在y方向移动到速度v。因此，对应于相同级别的衍射光线，对应于波阵列的起点，y方向上的位移量也与发射的光波相位相关的位移量为：d是晶格常数，是衍射角度，是波长，3，实验原理，可以看出光波从静止光栅发出的光波从运动光栅发出，移动位置光栅的k级衍射光波相对于静止相位光栅具有多普勒频移。光拍得到的两个相同的晶格平行地紧密，其中一个不静止，另一个a相对于b运动，衍射或频率移动是因为双晶格紧密，激光束有一定的宽度，所以两个光束平行重叠形成光点。4，实验原理，光拍摄的测量结果发现，由光探测器叠加的光束光电池输出的光电俘获频率信号：光探测器测量的光信号的频率是位频，和，在实验分析后，单振动光栅衍射光边缘的强度变化形成了光振幅包络。这是随着晶格振动而旋转引起的。在振动光栅后面加入狭缝，抑制衍射光的边缘部分，可以很好地消除光拍摄信号的包络。5，实验原理，弱振动幅度测量，在示波器的荧光屏上直接计算波形数(数)，波形数=整数分数，a，b是波组末端和末端的整体波形的振幅比。图片波形数=4 1/4尾部部分a=0；B=1-h/H=1-0.6/1=0.4，1/4，1/2，3/4，6、实验仪器、半导体激光器(波长650nm)、双光栅(100 /mm)、光电池、调谐叉(谐振频率约为440Hz)、导轨、双合成示波器和音叉激发信号源等。7，实验内容，几何光路调整：激光输出调整和与轨道平行的激光锁定。双光栅调整：为了测量外力驱动音叉时的谐振曲线，调用光滑光学位，小心地调整“频率”旋钮，以创建音叉的频率-振幅曲线。改变音叉的有效质量，半定量研究共振曲线的变化趋势，并说明其原因。改变音叉的质量分布，半定量研究共振曲线的变化趋势，并说明原因。改变功率以观察谐振频率和谐振振幅的变化。8，注意事项：静态点阵式和动态点阵式互不接触。双光栅必须严格平行。否则，会影响光快照曲线的平滑情况。音叉驱动功率不能根据示波器上显示的幅度u测量驱动信号的准确值。这将显着影响灯光快照的质量，因此最好不要将光电池完全与光斑匹配。，9，实验报告，规范记录数据映射方法绘制、比较不同情况下的谐振曲线，并有相应的理论依据。10，测量晶格Talbot长度，11，背景知识，Talbot效果也称为衍射自成像效果，意味着在光栅等衍射设备后的特定距离处，单个平面或球面波暴露在衍射设备(例如光栅)上时，该图像出现。自1836年H.F.Talbot首次报道这个周期性物体的衍射以来，对Talbot效应的研究和应用一直不断。这种磁成像效果广泛应用于光路调整、光信息处理、镜头焦距测量、相位物体折射率梯度测量、物体表面轮廓计算等光学精密测量、光信息存储、原子光学、Bose-Einstein凝聚等领域。基于Talbot效应的阵列照明器也被广泛应用于光通信、光计算等领域。正确测量Talbot长度对正确理解傅里叶光学的概念以及更好地利用Talbot效果具有重要意义。本文提出了一种利用简单、直观、高精度的动态级联条纹光电信号调制系统测量Talbot长度的方法。12，实验原理，光栅1透射率函数的傅立叶级数的复数形式为，如果光栅1在x方向上有变换x0，透射率函数为，在近轴条件下G1投影在z平面上的光度表达式为：要获得堆栈条纹，请将光栅常数为d的光栅2设置为z，包含栅格方向和轴的角度(请参见图1)。光栅2的光强度透射率可以写为：13，实验原理，通过光栅2的光强度为：说明：示波器堆叠条纹的强度取决于光栅2的位置，输出可见性最大。这是光栅1的Talbot距离下，光栅2获得最大的输出可见性和简单性，y1=0，=0和x1为常数的动态堆栈条纹，光栅1在x方向进行简单共振时，光电信号输出为，14，实验原理，15，实验内容，选择网格集。双光栅弱振动测量带来光滑的光拍。旋转垂直移动调整手轮，以使静态光栅尽可能接近移动光栅(不能触摸，防止插入光栅)！)，慢慢纵向旋转调整手轮，增加z以寻找光电信号的变化。请注意，在移动过程中进行两次读数时，手轮只能向一个方向移动，不能从中间来回调整数字以避免俯仰位移的误差。2.数据处理根据数据拟合拟合曲线，以适当的方法求塔尔博特长度，并与理论值 z理论值进行比较。实验误差的主要原因是晶格常数不准确，光照光线不准确，实验中的测量误差等。请参阅：16，声光衍射实验，17，背景知识，声光效果：是指光通过光波和介质声波相互作用的结果，即超声波扰动介质衍射的现象。早在20世纪30年代就开始了有关声光衍射的实验研究。20世纪60年代激光的出现为声光现象研究提供了理想的光源，促进了声光效果理论和应用研究的快速发展。声光效果为控制激光束的频率、方向和强度提供了有效的手段。利用声光效果制造的声光装置，如声光调制器、声光偏转器和可调谐滤波器，在激光技术、光信号处理和集成光通信技术领域具有重要的应用。18，实验原理，垂直入射表面的光振动可以是常数或复数形式。考虑入射面上各点的相位变化和调制时，xy平面上远离出射面的点的衍射光叠加结果，函数辛/从=0取最大值，因此满足衍射最大方位角m，如果光束斜入射时声光作用距离满足l 2 S2/，并且光束与超声波波前成一定角度入射，则理想情况下，除了0级以外，只出现1次或-1次。布拉格角满足，布拉格衍射，布拉格角通常很小，因此与入射光相关的衍射光的偏角理论上可以达到100%，注意布拉格角iB和偏角是指介质内的角度，我们测量的角度是空气中的角度，公式转换，声光装置n=2.386。主体网格，20，仪器简介，声光器件：声光介质是铅钼酸盐吸声材料：通过介质吸收传播到端面的超声波，建立超声波行波。声光装置具有衍射效率最高的工作频率。此频率称为声光装置的中心频率，以fc记录。在不同频率的超声波中，衍射效率降低。当衍射效率(或衍射光的相对光强)降低到3db(即衍射效率降低到最大值的1/)时，两个频率之间的间隔是声光设备的带宽。电源信号源，CCD光强分布测量仪：光电二极管阵列，“同步”:启动CCD设备扫描的触发脉冲，主要是示波器触发器。信号：CCD设备允许的空间光强分布信号的模拟电压输出端子连接到示波器.21，实验内容，1。完成声光效果实验的安装，调整光路，使其与轨道平行。2.观察拉曼-纳斯衍射和布拉格衍射，比较两个衍射的实验条件和特性。3.调出布拉格衍射(即电信号频率)，fs=100MHZ，利用微入射角使一次衍射光亮度最强。4 .研究了声光偏转4.1布拉格衍射引起的与入射光相关的衍射光的偏振和超声频率fs的关系曲线。在4.2布拉格衍射下，测量一次衍射光强和超声波频率关系曲线的固定超声功率，确定了通过曲线发声的光学元件的中心频率和带宽。CCD测量间隔，必须先对齐。波形的一帧对应于示波器中的8个单元，每个单元对应于实际空间距离2700像素8单元11m=3.7125mm，每个单元对应于实际空间距离3.7125mm5=0.7425mm，级别0光源和级别1光源的偏转距离0.7425mm12.5单元=9.28mm。22，实验内容，5 .在声光调制5.1布拉格衍射条件下，将超声信号的频率固定在声光设备的中心频率上，测量衍射光强和超声波功率的关系，绘制声光调制曲线。5.2 Bragg衍射的最大衍射效率，衍射效率=I1/I0，其中I0是在没有声光衍射的情况下“0级光”的强度(可以测量释放超声信号)，I1是声光衍射后1级光的强度。6.在Raman-nas衍射的中心频率上研究Raman-nas衍射(光束的垂直入射，两个一次光的强度相等)，测量衍射角度m，并与理论值进行比较。在Raman-nas衍射中，测量一次衍射光的最大衍射效率(超声信号功率为5.2测量最大衍射效率时的功率值)，并与Bragg衍射的最大衍射效率进行比较。声光模拟通信实验实现了声音传输，传输原理，23，实验报告，1。声光偏转：提出了在布拉格衍射下，衍射光对入射光的偏振和超声频率(即电信号频率)fs的关系曲线。使用适当的数据处理方法计算Vs，并与理论值进行比较。基于入射光和超声频率的相对强度，建立衍射光的关系曲线，确定了声光器件的带宽和中心频率。声