2026年超声光栅测试题及答案

2026年超声光栅测试题及答案

一、单项选择题，(总共10题，每题2分)1.在超声光栅实验中，若换能器频率从2.00MHz升至2.40MHz而其余条件不变，则光栅常数将A.增大20%B.减小20%C.增大至1.2倍D.减小至1/1.2倍2.超声光栅衍射的0级与±1级条纹间距为Δx，若把液体槽长度缩短一半，Δx将A.减半B.不变C.加倍D.变为√2倍3.当入射激光波长为632.8nm、超声频率为3.5MHz、液体声速为1490m/s时，理论上可观察到的最高衍射级次为A.3B.4C.5D.64.若将纯净水换成相同温度下的乙醇，衍射条纹间距将A.变密B.变疏C.先密后疏D.几乎不变5.超声光栅衍射效率最大时，光波与超声波的相互作用长度应满足A.布喇格条件B.拉曼-奈斯条件C.克莱因-库克参数Q≈1D.相位匹配条件6.在拉曼-奈斯区，衍射光强与超声功率的关系近似为A.线性B.平方C.指数D.对数7.若将激光束直径由1mm扩束至2mm，衍射条纹的半高宽将A.减半B.不变C.加倍D.变为四倍8.超声光栅实验中用到的压电材料最可能是A.PZT-5HB.LiNbO₃C.ZnOD.石英晶体9.当温度升高5℃时，水的声速增加约+3m/s，此时衍射角将A.增大B.减小C.先增后减D.基本不变10.若把脉冲超声改为连续超声，衍射条纹的亮度将A.显著增强B.显著减弱C.不变D.周期性闪烁二、填空题，(总共10题，每题2分)11.超声光栅的栅常数Λ等于液体中声波的________与________的比值。12.拉曼-奈斯参数Q=2πλL/Λ²，当Q远小于________时，可视为拉曼-奈斯衍射。13.若衍射角θ₁=0.25°，激光波长λ=532nm，则超声波长Λ=________nm。14.衍射光强Iₙ与贝塞尔函数________的平方成正比。15.当超声功率增大至原来的4倍，一级衍射光强理论上变为原来的________倍。16.若液体声速v=1500m/s，频率f=5MHz，则栅常数Λ=________mm。17.布喇格角θB满足sinθB=λ/(________)。18.实验中常用________法测量液体声速。19.若衍射条纹在屏上间距为8.2mm，透镜焦距为250mm，则衍射角为________rad。20.当激光从空气垂直入射到液体槽，折射率n=1.33，则光在液体中波长变为________nm。三、判断题，(总共10题，每题2分)21.超声光栅衍射属于声光互作用中的弹性散射。22.拉曼-奈斯区衍射级次可以无限增多。23.布喇格衍射只能出现0级和1级。24.超声功率越高，衍射角越大。25.液体温度升高，衍射条纹间距一定减小。26.超声光栅实验可用于测量光速。27.若激光为线偏振且E矢量垂直于超声波传播方向，衍射效率最高。28.衍射条纹的对比度与超声吸收系数无关。29.当Q>10时，系统一定工作在布喇格区。30.超声光栅可用于实现激光束的Q开关。四、简答题，(总共4题，每题5分)31.简述拉曼-奈斯衍射与布喇格衍射的本质区别，并指出判断实验处于哪一区的关键参数。32.说明如何利用超声光栅实验数据间接计算液体的绝热压缩系数。33.若实验中观察到衍射条纹突然消失，列出三种可能原因并给出排查思路。34.解释为何在相同超声功率下，乙醇的衍射效率通常高于水。五、讨论题，(总共4题，每题5分)35.讨论当激光束具有一定发散角时，对超声光栅衍射级次分辨率和测量精度的综合影响，并提出改进方案。36.超声光栅技术能否用于实时监测血液流速？请从声光互作用、安全性及工程实现角度展开论证。37.若将液体槽改为固体玻璃棒，让超声波沿棒轴向传播，讨论此种“固体光栅”与原液体光栅在衍射特性上的异同，并评估其可行性。38.结合非线性声学，探讨在高超声功率下可能出现的谐波超声波对光栅衍射谱的影响，并给出实验验证思路。答案与解析一、单项选择题1B2B3B4A5C6A7C8A9A10A二、填空题11声速频率121131.22×10⁵14Jₙ154160.30172Λ18衍射190.032820475.9三、判断题21√22×23√24×25×26×27√28×29√30√四、简答题31拉曼-奈斯衍射属薄相位光栅，多级次共存，Q≪1；布喇格衍射属厚光栅，仅0、±1级，Q≫1。关键参数为克莱因-库克Q值。32测得Λ与ρ，已知f、λ，由v=fΛ得声速，再用v=(ρβₛ)^(-1/2)求βₛ。33原因：换能器失谐、功率放大器故障、液体出现空化。排查：扫频找谐振点、示波器查驱动电压、降低功率观察条纹恢复。34乙醇声光优值M₂大，折射率温度系数小，超声吸收低，故衍射效率高。五、讨论题35发散角使不同入射角光线同时满足多组衍射条件，级次模糊。可用准直透镜压缩发散角至<0.1mrad，或采用布喇格区窄带条件滤除杂角度。36可行：血流声速差异产生可测衍射频移；超声功率<10mW/cm²无生物损伤；用光纤耦合光栅与多普勒测频实现实时成像。37固体光栅