实验20超声光栅测声速 本实验隶属声光效应实验范畴。在光路中放置一产生声波振动的媒介实现对透过光的 调制，而且调制效果可以与声信号存在可计算的联络，了解如何对光信号进行调制，以及 实现这一过程的手段，同时也为测量液体（非电解质溶液）中的声速提供另一种思路和方 法。 实验目的和学习要求 1. 了解超声光栅产生的原理， 了解声波如何对光信号进行调制。 3。通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其概念的理解 实验原理 超声波是一种频率高于人耳能感觉到的声波频率（约在16-120000z之间）的机械 波，即频率高于20K的声波就是超声波。根据波动理论，超声波的波长A,频率Y和过 度V三者之间亦有如下的关系：V=A·Y。本实验就是利用已知频率Y的超声辐射器向传 播超声的介质（液体）发射超声波，然后用光学方法间接地测出它的波长Λ从而求出超 声波在该介质中的传播速度V。精确测量液体中的超声速度对研究该液体的物理性能、分 子结构、声光作用的机理以及声阻抗的测量等都是很有意义的 光波在介质中传播时被超声波衍射的现象，称为超声致光衍射（亦称声光效应）。产 生超声波的方法很多，较常用的是利用某些晶体的压电效应来产生超声波，本实验中采用 锆钛酸铅陶瓷片（或称PZT晶片）。超声波作为一种纵波在液体中传播时，其声压使液体 分子产生周期性的变化，形成疏密波。稀疏作用会使液体密度减小、折射率减小，压缩作 用会使液体察度增大、折射率增大。因出液体密度的周期性变化，以状导效其折射密也相 应地作周期性变化。如图201所示。此时 如有平行单色光沿垂直于超声波传播方向通 过这疏密相间的液体时，就相当于通过一个透射光栅，因而会发生衍射， 这种行射称为 “声光衍射”。存在声波场的介质则称为“声光栅”；当采用超声波时，通常就称为“超 声光栅”。 图20-1实验原理示意图 超声波传播时，如前进波被一个平面反射，会反向传播。在一定条件下前进波与反射波 叠加而形成超声频率的纵向振动驻波。由于驻波的振幅可以达到单一行波的两倍，加剧了 波源和反射面之间液体的疏密变化程度。某时刻，纵驻波的任一波节两边的质点都涌向这 个节点，使该节点附近成为质点密集区，而相邻的波节处为质点稀疏处：半个周期后，这 个节点附近的质点有向两边散开变为稀疏区，相临波节处变为密集区。在这些驻波中，稀 实验 20 超声光栅测声速 本实验隶属声光效应实验范畴。在光路中放置一产生声波振动的媒介实现对透过光的 调制，而且调制效果可以与声信号存在可计算的联络，了解如何对光信号进行调制，以及 实现这一过程的手段，同时也为测量液体（非电解质溶液）中的声速提供另一种思路和方 法。 实验目的和学习要求 1． 了解超声光栅产生的原理。 2． 了解声波如何对光信号进行调制。 3． 通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其概念的理解。 实验原理 超声波是一种频率高于人耳能感觉到的声波频率（约在 16—120000Hz 之间）的机械 波，即频率高于 20KHz 的声波就是超声波。根据波动理论，超声波的波长 ，频率  和速 度 V 三者之间亦有如下的关系：V＝·。本实验就是利用已知频率  的超声辐射器向传 播超声的介质（液体）发射超声波，然后用光学方法间接地测出它的波长  从而求出超 声波在该介质中的传播速度 V。精确测量液体中的超声速度对研究该液体的物理性能、分 子结构、声光作用的机理以及声阻抗的测量等都是很有意义的。 光波在介质中传播时被超声波衍射的现象，称为超声致光衍射（亦称声光效应）。产 生超声波的方法很多，较常用的是利用某些晶体的压电效应来产生超声波，本实验中采用 锆钛酸铅陶瓷片（或称 PZT 晶片）。超声波作为一种纵波在液体中传播时，其声压使液体 分子产生周期性的变化，形成疏密波。稀疏作用会使液体密度减小、折射率减小， 压缩作 用会使液体密度增大、折射率增大。因此液体密度的周期性变化， 必然导致其折射率也相 应地作周期性变化。如图 20-1 所示。此时，如有平行单色光沿垂直于超声波传播方向通 过这疏密相间的液体时，就相当于通过一个透射光栅， 因而会发生衍射， 这种衍射称为 “声光衍射”。存在声波场的介质则称为 “声光栅”； 当采用超声波时， 通常就称为 “超 声光栅”。 图 20-1 实验原理示意图 超声波传播时，如前进波被一个平面反射，会反向传播。在一定条件下前进波与反射波 叠加而形成超声频率的纵向振动驻波。由于驻波的振幅可以达到单一行波的两倍，加剧了 波源和反射面之间液体的疏密变化程度。某时刻，纵驻波的任一波节两边的质点都涌向这 个节点，使该节点附近成为质点密集区，而相邻的波节处为质点稀疏处；半个周期后，这 个节点附近的质点有向两边散开变为稀疏区，相临波节处变为密集区。在这些驻波中，稀