北航双光栅实验
双光栅实验报告
一、实验目的1. 理解并掌握双光栅干涉原理。
2. 学习利用双光栅干涉实验测量光波的波长。
3. 了解光栅常数与光波波长之间的关系。
4. 掌握分光计的使用方法。
二、实验原理双光栅干涉实验是利用两个光栅对光波进行衍射和干涉，从而形成干涉条纹。
实验原理如下：当一束单色光垂直照射到两个光栅上时，光波在两个光栅上分别发生衍射和干涉。
由于两个光栅的刻痕间距不同，因此两个光栅的衍射光波在空间中相互干涉，形成干涉条纹。
干涉条纹的间距与光栅常数和光波波长有关。
设两个光栅的刻痕间距分别为d1和d2，光波波长为λ，干涉条纹的间距为Δy，则有：Δy = λ (d1 d2) / (d1 + d2)三、实验仪器1. 双光栅干涉仪2. 激光器3. 分光计4. 光电探测器5. 计算机6. 数据采集软件四、实验步骤1. 将激光器发出的光束调整至与光栅平行。
2. 将激光器发出的光束照射到双光栅干涉仪上。
3. 调整分光计，使光电探测器接收到的干涉条纹清晰可见。
4. 利用数据采集软件记录干涉条纹的位置。
5. 改变激光器的波长，重复上述步骤，记录不同波长下的干涉条纹位置。
五、实验数据与分析1. 记录不同波长下的干涉条纹位置，计算光栅常数d1和d2。
2. 根据公式Δy = λ (d1 d2) / (d1 + d2)，计算不同波长下的干涉条纹间距Δy。
3. 分析实验数据，验证双光栅干涉原理。
六、实验结果1. 光栅常数d1和d2分别为：- d1 = 0.050 mm- d2 = 0.030 mm2. 不同波长下的干涉条纹间距Δy分别为：- λ = 632.8 nm，Δy = 0.070 mm- λ = 532.1 nm，Δy = 0.055 mm- λ = 486.1 nm，Δy = 0.040 mm七、实验结论1. 通过双光栅干涉实验，验证了双光栅干涉原理的正确性。
2. 利用双光栅干涉实验，成功测量了光波的波长。
3. 实验结果表明，光栅常数与光波波长之间存在一定的关系。
双光栅测微振动实验报告
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。
测试技术基础实验说明书
测试技术基础实验说明书北京航空航天大学机械学院机械制造实验室实验一光栅传感器测位移实验１）.实验目的１.了解光栅传感器的基本结构、特点、工作原理。
２.掌握光栅传感器测量位移的原理及方法。
２）．实验原理光栅位移传感器由光源、聚光灯、标尺光栅、指示光栅和光电元件组成。
光源发出的光线经过透镜照射在光栅上，再通过光栅照射在光电元件上，把光信号转换成电信号。
光栅测量位移的工作原理是基于莫尔条纹现象。
两块栅距w相同，黑白宽度相同的长光栅，当它们的刻线面彼此平行互相靠近，且沿刻线方向保持成一个很小的夹角θ时，由于遮光效应或光的衍射作用，在a-a线上，两块光栅的黑色刻线相交，透光缝隙相重，因此形成一条亮带。
在b-b线上，一块光栅上的黑色刻线正好将另一块光栅的透光部分挡住，形成一条暗带。
这些明暗相间的条纹就是所谓的莫尔条纹。
当光栅透过的光线越多，光电元件的输出越大，当光栅透过的光线越少，输出信号与位移间的关系可近似的用正弦函数表示。
即： V=Vo+VmSin(2πx/w)式中：V --光电元件输出的电压信号；Vo--输出信号中的平均直流分量；Vm--输出正弦信号的幅值； W --栅距。
X --两光栅间的瞬时相对位移量。
由上式可见，光电元件的输出电压的大小反映了光栅瞬时位移量的大小，从而实现了位移量向电量的转换。
在实际应用中，被测物体的移动方向是经常改变的，而莫尔条纹的明暗变化只与位移有关，而与位移方向无关，为了辨别位移的方向必须增加一个观测点，然后根据两个观测点输出信号U1、U2间的相位关系来定位移的方向。
当光栅正向运动时，U1超前U2 90度，当光栅反向运动时，U2超前U1 90度，利用这一特点，便可构成简单的辨向电路。
通常采用的是“四倍频辨向电路”。
所谓四倍频电路是一种位置细分法，就是使正弦信号在0度、90度、180度、270度都有脉冲输出，可使测量精度提高四倍。
将辨向电路输出信号（Y 1、Y2）送到加、减计数电路进行记数，再通过译码驱动电路，将位移量显示出来。
双光栅振动实验报告
一、实验目的1. 熟悉双光栅振动测量仪的结构和原理。
2. 掌握双光栅振动测量仪的使用方法。
3. 研究双光栅技术在微弱振动测量中的应用。
4. 分析实验数据，验证双光栅技术在微弱振动测量中的可行性。
二、实验原理双光栅振动测量技术是基于光栅衍射原理，通过测量光栅衍射条纹的移动距离来计算振动物体的位移。
实验过程中，利用双光栅振动测量仪，将振动物体的位移转化为光栅衍射条纹的移动距离，进而计算出振动物体的位移。
三、实验仪器与材料1. 双光栅振动测量仪2. 数字示波器3. 振动物体4. 电源5. 导线6. 实验台四、实验步骤1. 将双光栅振动测量仪放置在实验台上，调整仪器使其水平。
2. 将振动物体固定在实验台上，确保其稳定。
3. 打开电源，启动双光栅振动测量仪和数字示波器。
4. 调整示波器的参数，选择合适的通道和量程。
5. 启动振动，观察示波器上的波形，记录光栅衍射条纹的移动距离。
6. 重复实验，记录多组数据。
五、实验结果与分析1. 通过实验，成功测量了振动物体的微弱振动，并记录了光栅衍射条纹的移动距离。
2. 分析实验数据，发现光栅衍射条纹的移动距离与振动物体的位移成正比关系。
3. 通过计算，得到振动物体的位移与时间的关系曲线。
六、实验结论1. 双光栅振动测量技术可以有效地测量微弱振动，具有较高的精度和灵敏度。
2. 双光栅技术在微弱振动测量中具有广泛的应用前景，可应用于工程、医学、航空航天等领域。
3. 本实验验证了双光栅技术在微弱振动测量中的可行性，为相关领域的研究提供了参考。
七、实验注意事项1. 实验过程中，确保双光栅振动测量仪和振动物体稳定，避免振动干扰。
2. 调整示波器的参数时，注意选择合适的通道和量程，以确保实验数据的准确性。
3. 实验过程中，注意观察示波器上的波形，及时记录光栅衍射条纹的移动距离。
4. 实验结束后，对仪器进行清理，确保下次实验的顺利进行。
八、总结本实验通过对双光栅振动测量技术的应用，成功测量了振动物体的微弱振动，验证了该技术在微弱振动测量中的可行性。
利用双光栅测量微弱振动实验报告
利用双光栅测量微弱振动实验报告摘要：本实验利用双光栅干涉仪，测量了不同振幅、频率的微弱振动，并对测量结果进行了分析和讨论。
实验结果表明，双光栅干涉仪具有高精度、高灵敏度、高稳定性等优点，可用于测量微弱振动。
关键词：双光栅干涉仪；微弱振动；频率；振幅；测量；分析一、实验目的1.了解双光栅干涉仪的原理和应用。
2.掌握使用双光栅干涉仪测量微弱振动的方法和技巧。
3.研究不同振幅、频率的微弱振动的特性。
二、实验原理双光栅干涉仪是光学干涉仪的一种，它利用两个光栅形成的光路干涉，可测量物体在微小振动下所引起的位移。
双光栅干涉仪的原理如下：光源发出的光线经过第一根光栅时被分为两束光线，经过第二根光栅后再次汇合，形成干涉条纹。
当待测物体受到微弱振动时，它的表面会发生微小位移，导致光路长度发生变化，从而改变干涉条纹的位置和形态。
通过测量干涉条纹的变化，即可计算出物体的振幅、频率等参数。
三、实验装置本实验所使用的装置如下：1.双光栅干涉仪2.振动台3.振动源4.示波器5.信号发生器四、实验步骤1.将双光栅干涉仪放置在振动台上，并将振动源连接到干涉仪的测量端口。
2.调节振动源的频率和振幅，使待测物体发生微小振动。
3.观察干涉条纹的变化，记录下振动幅度、频率等参数。
4.将记录的数据输入到计算机中，进行数据处理和分析。
五、实验结果1.不同振幅下的干涉条纹变化我们分别将振幅设置为1mm、2mm、3mm进行实验，得到的结果如下图所示。
[插入图片]从图中可以看出，振幅越大，干涉条纹的变化越明显。
当振幅为1mm时，干涉条纹几乎没有变化；当振幅为2mm时，干涉条纹开始出现明显的移动；当振幅为3mm时，干涉条纹的移动幅度更大，且条纹之间的间距也发生了变化。
2.不同频率下的干涉条纹变化我们分别将频率设置为10Hz、20Hz、30Hz进行实验，得到的结果如下图所示。
[插入图片]从图中可以看出，频率越高，干涉条纹的变化越快。
当频率为10Hz时，干涉条纹的变化较为缓慢；当频率为20Hz时，干涉条纹开始出现较快的移动；当频率为30Hz时，干涉条纹的移动速度更快。
指导书-测试技术实验
测试技术基础实验说明书北京航空航天大学机械学院机械制造实验室实验一光栅传感器测位移实验１）.实验目的１.了解光栅传感器的基本结构、特点、工作原理。
２.掌握光栅传感器测量位移的原理及方法。
２）．实验原理光栅位移传感器由光源、聚光灯、标尺光栅、指示光栅和光电元件组成。
光源发出的光线经过透镜照射在光栅上，再通过光栅照射在光电元件上，把光信号转换成电信号。
光栅测量位移的工作原理是基于莫尔条纹现象。
两块栅距w相同，黑白宽度相同的长光栅，当它们的刻线面彼此平行互相靠近，且沿刻线方向保持成一个很小的夹角θ时，由于遮光效应或光的衍射作用，在a-a线上，两块光栅的黑色刻线相交，透光缝隙相重，因此形成一条亮带。
在b-b线上，一块光栅上的黑色刻线正好将另一块光栅的透光部分挡住，形成一条暗带。
这些明暗相间的条纹就是所谓的莫尔条纹。
当光栅透过的光线越多，光电元件的输出越大，当光栅透过的光线越少，输出信号与位移间的关系可近似的用正弦函数表示。
即： V=Vo+VmSin(2πx/w)式中：V --光电元件输出的电压信号；Vo--输出信号中的平均直流分量；Vm--输出正弦信号的幅值； W --栅距。
X --两光栅间的瞬时相对位移量。
由上式可见，光电元件的输出电压的大小反映了光栅瞬时位移量的大小，从而实现了位移量向电量的转换。
在实际应用中，被测物体的移动方向是经常改变的，而莫尔条纹的明暗变化只与位移有关，而与位移方向无关，为了辨别位移的方向必须增加一个观测点，然后根据两个观测点输出信号U1、U2间的相位关系来定位移的方向。
当光栅正向运动时，U1超前U2 90度，当光栅反向运动时，U2超前U1 90度，利用这一特点，便可构成简单的辨向电路。
通常采用的是“四倍频辨向电路”。
所谓四倍频电路是一种位置细分法，就是使正弦信号在0度、90度、180度、270度都有脉冲输出，可使测量精度提高四倍。
将辨向电路输出信号（Y 1、Y2）送到加、减计数电路进行记数，再通过译码驱动电路，将位移量显示出来。
双光栅成像实验报告
一、实验目的1. 理解双光栅成像原理。
2. 掌握双光栅系统的调整方法。
3. 通过实验观察双光栅成像的特点，验证成像规律。
二、实验原理双光栅成像实验是基于光栅分光原理和成像原理进行的。
光栅是一种重要的分光元件，具有色散和成像功能。
当光通过光栅时，会发生衍射现象，不同波长的光会按照不同的角度偏折，从而实现分光。
双光栅成像实验通过调整光栅的间距和角度，使两个光栅的衍射光斑重合，形成清晰的成像。
三、实验仪器与设备1. 双光栅系统：包括两个光栅、支架、光源、观察屏等。
2. 测量工具：直尺、角度尺等。
3. 记录工具：实验报告纸、笔等。
四、实验步骤1. 将双光栅系统安装好，确保两个光栅平行且间距适中。
2. 调整光源，使其发出的光线垂直照射到两个光栅上。
3. 调整观察屏，使其与光栅垂直。
4. 调整两个光栅的间距和角度，使两个光栅的衍射光斑重合。
5. 观察并记录成像特点，如成像清晰度、成像位置等。
6. 改变光栅间距和角度，观察成像规律。
五、实验结果与分析1. 成像特点在实验过程中，我们观察到以下成像特点：（1）当两个光栅的衍射光斑重合时，成像清晰；（2）成像位置位于两个光栅的中间位置；（3）成像大小与光栅间距和角度有关。
2. 成像规律通过改变光栅间距和角度，我们验证了以下成像规律：（1）当光栅间距减小时，成像位置向光栅靠近；（2）当光栅间距增大时，成像位置远离光栅；（3）当光栅角度增大时，成像位置向观察屏靠近；（4）当光栅角度减小时，成像位置远离观察屏。
六、实验结论1. 双光栅成像实验验证了光栅分光原理和成像原理。
2. 通过调整光栅间距和角度，可以实现清晰的成像。
3. 实验结果与成像规律相符合。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意保护光栅和观察屏，避免损坏。
2. 调整光栅间距和角度时，要缓慢、细致，确保成像清晰。
3. 实验过程中，注意观察和记录实验数据，以便后续分析。
八、实验总结本次实验通过对双光栅成像原理的学习和实践，我们深入理解了光栅分光原理和成像原理。
双光栅效应实验报告
双光栅效应实验报告一、实验目的了解双光栅效应的基本原理，通过实验测量相关物理量，加深对光的波动性和干涉现象的理解。
二、实验原理双光栅效应是指当一束光通过两个平行且有一定间距的光栅时，会产生一系列干涉条纹。
其原理基于光的衍射和干涉。
当光通过单个光栅时，会发生衍射现象，在屏幕上形成一系列衍射条纹。
而当光通过双光栅时，由于两个光栅的衍射光相互叠加，从而产生干涉条纹。
根据光栅方程：＄d\sin\theta ＝ k\lambda$（其中$d$为光栅常数，＄＼theta$为衍射角，＄k$为衍射级数，＄＼lambda$为入射光波长），通过测量干涉条纹的间距、光栅常数等物理量，可以计算出入射光的波长等参数。
三、实验仪器1、氦氖激光器2、双光栅装置3、光屏4、测量尺5、支架等四、实验步骤1、搭建实验装置将氦氖激光器、双光栅装置和光屏依次放置在光学平台上，并通过支架调整它们的高度和位置，使激光束能够垂直入射到双光栅上，并在光屏上清晰地显示出干涉条纹。
2、调整光路仔细调整双光栅的位置和角度，使干涉条纹清晰、明亮且对称。
3、测量干涉条纹间距使用测量尺在光屏上测量干涉条纹的间距，为了提高测量的准确性，应在不同位置多次测量并取平均值。
4、测量光栅常数通过已知的方法测量双光栅的光栅常数。
5、计算入射光波长根据实验测量得到的数据，利用光栅方程计算出入射光的波长。
五、实验数据记录与处理1、干涉条纹间距的测量测量位置 1：＿____cm测量位置 2：＿____cm测量位置 3：＿____cm平均值：＿____cm2、光栅常数的测量光栅 1：＿____cm光栅 2：＿____cm3、入射光波长的计算根据光栅方程$d\sin\theta ＝ k\lambda$，其中$k$取 1，＄＼sin\theta$可以通过干涉条纹间距和光栅到光屏的距离计算得出。
经过计算，入射光波长为：＿____nm六、实验误差分析1、测量误差在测量干涉条纹间距和光栅常数时，由于测量工具的精度和人为读数的误差，可能导致测量结果存在一定的偏差。
双光栅实验报告
双光栅实验报告1. 简介双光栅实验是一种常见的光学实验，通过利用两个光栅，可以观察到干涉条纹的现象，从而研究光的干涉性质。
本实验主要探究光的波动性质以及干涉现象，并通过实验测量光的波长。
2. 实验装置和原理2.1 实验装置实验装置主要包括：光源、双光栅、凸透镜、屏幕和支架等组成。
2.2 实验原理在双光栅实验中，我们使用两个光栅。
一个光栅被称为参考光栅，另一个光栅被称为被测光栅。
当光经过参考光栅和被测光栅时，由于光栅的光程差，会在屏幕上产生干涉条纹。
根据干涉的波动理论，光的干涉条纹是由两个波源产生的波进行叠加而形成的。
光栅实际上就是一系列的透光的狭缝，当光通过光栅时，会根据洛兰兹缘射电磁波的性质，发生衍射和干涉现象，从而形成干涉条纹。
2.3 干涉条纹的特点干涉条纹的特点如下：1.干涉条纹是由两种波源叠加产生的，条纹的强度通过干涉条件来决定。
2.干涉条纹的间距与光的波长和干涉装置的参数有关。
通过测量干涉条纹的间距，可以求得光的波长。
3. 实验步骤3.1 实验准备•将双光栅装置固定在支架上，并将光源对准光栅。
•调整凸透镜的位置和焦距，以使光能够经过凸透镜聚焦到屏幕上。
3.2 实验测量1.调整被测光栅的位置，使其与参考光栅的光输出相交。
2.观察干涉条纹的形成。
可以通过调整光栅之间的距离或者改变光源的位置来改变干涉条纹的形态。
3.使用尺子或显微镜测量干涉条纹的间距。
3.3 数据处理根据测得的干涉条纹的间距和实验装置的参数，可以利用波动理论计算出光的波长。
4. 实验结果和讨论在实验中，我们通过调整实验装置和测量干涉条纹的间距，成功测得了光的波长。
实验结果与理论值较为接近，误差在可接受范围内。
通过该实验，我们深入理解了光的干涉现象和光的波动性质。
实验结果的准确性还受到一些因素的影响，例如光源的稳定性、实验环境的干扰等。
需要注意的是，由于实验装置和技术条件的限制，实验结果可能存在一定的误差。
为了提高实验结果的准确性，可以通过改进实验装置、使用更精密的测量仪器等方法进行改进。
双光栅
实验七双光栅测微振动一.实验目的1.熟悉一种利用光的多普勒频移效应，形成光拍的原理,精确测量微弱振动位移的方法。
2.作出外力驱动音叉时的谐振曲线。
3.了解双光栅微弱振动测量仪的原理和使用。
二.实验仪器双光栅微弱振动测量仪、普通双踪示波器三. 仪器结构及技术指标双光栅微弱振动测量仪在力学实验项目中用作音叉振动分析、微振动(位移)测量和光拍研究等。
1.仪器结构双光栅微弱振动测量仪面板结构见图1。
图1中，1-光电池座，在顶部有光电池盒，盒前有一小孔光阑，2-电源开关，3-光电池升降手轮，4-音叉座，5-音叉，6-粘于音叉上的光栅（动光栅），7-静光栅架，8-半导体激光器，9-激光器锁紧手轮，10-信号发生器输出功率调节旋钮，11-信号发生器输出频率调节旋钮，12-频率显示窗口，13-三个输出信号插口，Y1拍频信号，Y2音叉驱动信号，X为示波器提供“外触发”扫描信号，可使示波器上的波形稳定。
可以看到，实验所需的激光源、信号发生器、频率计等已集成与一只仪器箱内,只需外配一台普通的双踪示波器即可。
2.技术指标测量精度: 5μm, 分辨率 1μm激光器: =635nm, 0--3mw,信号发生器: 100--1000Hz , 0.1Hz 微调, 0--500mw 输出 频率计: 1Hz --999.9Hz±0.1Hz 音叉: 谐振频率约500Hz四.实验原理如果移动光栅相对静止光栅运动，使激光束通过这样的双光栅便产生光的多普勒现象，把频移和非频移的两束光直接平行迭加可获得光拍，再通过光的平方律检波器检测，取出差频讯号，可以精确测定微弱振动的位移。
1．位相光栅的多普勒位移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度和光疏媒质部分对光波的位相延迟作用,使入射的平面波变成出射的摺曲波阵面,见图2,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即(1)式来表示: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 移动着,则出射波阵面也以速度v 在y 方向,从而,在不同时刻,对应于同一级的衍射光线,它的波阵面上出发点,在y 方向也有一个vt 的位移量,见图3。
【参考文档】双光栅实验报告-优秀word范文 (18页)
?波形数=整数波形数+波形分数+（13） 360360
式中a、b为波群的首、尾幅度和该处完整波形的振幅之比。波群指T/2内的波形，分
数波形数若满1/2个波形为0.5，满1/4个波形为0.25，满3/4个波形为0.75。
s(t)?s(t0)?
d
??(t)??(t0)? （14） 2?
由图4-42-3可看到E1、E2的衍射角均为θ角，沿同一方向传播，则在传播方向上放置光探测器。探测器接2(?0t??(t)??1)?E012cos2(?0t??2)???????E01E10cos(?(t)?(?2??1))? （9）
??EEcos(2?t??(t)?(???))?
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
dsin??k? （1）
式中d为光栅常数，?为衍射角，?为光波波长，k为衍射级数k=0,1,???
（2）若平面波入射平面光栅时，如图4-42-2所示，则光栅方程为：
d(sin??sini)?k? （2）
2. 光的多普勒频移
当光栅以速度v沿光的传播方向运动时，出射波阵面也以速度v沿同一方向移动，因而在不同时刻?t，它的位移量记作v?t。相应于光波位相发生变化??(t)?
实验内容:
1. 调整几何光路，调整双光栅，调节音叉振动，配合示波器，调出光拍频波。 2. 测量外力驱动音叉时的谐振曲线。
3. 改变音叉的有效质量，研究谐振曲线的变化趋势。
实验步骤:
1. 连接
实验35 双光栅微弱振动测量
姓名
实验班号
实验号
实验三十五双光栅微弱振动测量
实验目的：
实验原理及仪器介绍：
1.如何计算波形数？
2.如何计算微弱振动的位移振幅？写出公式并对每个量进行逐一解释。
3.简述光拍的获得原理（不画图、不导公式）。
实验内容及步骤：
1.如果光束都已重合，在示波器上还看不见拍频波，应调节什么？
2.怎样找共振点？
3.简述测量外力驱动音叉时的谐振曲线的过程。
4.改变功率对位移振幅有何影响？
5.怎样改变功率？在示波器上怎样读取功率？
6.实验中怎样看1T和T记录所用测量仪器的仪器误差：
2.列出数据记录表格：
教师签字：
月日
双光栅微弱振动测量实验原理
双光栅微弱振动测量实验原理今天咱们来聊一聊一个特别有趣的实验——双光栅微弱振动测量实验。
想象一下，咱们有两个很特别的光栅。
光栅就像是有很多小缝的板子，这些小缝排列得可整齐啦。
那这个实验是怎么测量微弱振动的呢？咱们可以把光想象成一群小小的精灵，当光精灵们碰到光栅的时候，就像一群小蚂蚁遇到了有很多小通道的迷宫。
光精灵们就会按照一定的规则跑出去。
比如说，咱们在平静的水面上扔一颗小石子，会产生一圈圈的水波。
如果有一个很微小的东西在水面上轻轻晃动，水波就会有一点点不一样。
光也是这样，当有微弱的振动时，光经过光栅的情况就会发生变化。
假如我们把这个双光栅系统想象成一个小小的舞台。
光精灵们在这个舞台上表演。
当没有振动的时候，光精灵们按照固定的路线走，就像演员按照剧本表演。
可是一旦有了微弱的振动，就好像舞台突然晃了一下，演员们的路线就会变乱一点。
再举个例子，就像咱们搭积木。
如果积木塔很稳，那就是没有振动的情况。
可是如果有小风吹过或者地面有一点点晃动，积木塔可能就会轻轻摇晃，就像有微弱振动时的双光栅系统一样。
那我们怎么知道光的路线变了呢？这里面有个很巧妙的办法。
我们可以用一些小仪器，这些小仪器就像很聪明的小眼睛，能够看到光精灵们路线的变化。
当光精灵们的路线因为微弱振动改变了，小仪器就能捕捉到这个变化，然后告诉我们振动的情况。
双光栅微弱振动测量实验就是利用光和光栅之间这种奇妙的关系，再加上聪明的小仪器，来发现那些特别微小的振动。
就好像我们有了一个超级敏感的小耳朵，可以听到很轻很轻的声音一样。
这个实验能帮助我们了解很多平时看不到的微小振动的秘密呢。
比如说在研究一些很精密的小机器的时候，这个实验就能派上大用场，看看这些小机器是不是在微微地晃动，就像我们检查自己的小玩具有没有哪里松了一样。
双光栅振动实验报告
双光栅振动实验报告双光栅振动实验报告引言：双光栅振动实验是一种常见的光学实验，通过调节双光栅的相对位置和角度，观察光束经过光栅时的干涉现象，从而研究光的波动性质和光栅的特性。
本实验旨在通过实际操作和数据分析，加深对光学干涉现象的理解，并探究双光栅系统的振动特性。
实验装置：本实验使用的装置主要包括：光源、双光栅、准直透镜、平行板、干涉滤光片、光电二极管、振动台等。
其中，光源发出的光束经过准直透镜后，通过双光栅产生干涉，再经过平行板和干涉滤光片后，被光电二极管接收并转化为电信号。
实验步骤：1. 将光源打开，调节准直透镜使光束尽可能平行。
2. 将双光栅固定在支架上，并调节其相对位置和角度，使光束经过光栅时产生明暗条纹。
3. 将平行板插入光束路径，调节其倾斜角度，观察干涉条纹的变化。
4. 在光束路径中加入干涉滤光片，调节其透过波长，观察干涉条纹的变化。
5. 将光电二极管连接到示波器上，调整示波器的参数，记录干涉条纹的振动信号。
实验结果与分析：在实验过程中，观察到了明暗相间的干涉条纹。
通过调节双光栅的相对位置和角度，可以改变条纹的间距和形态。
当双光栅距离适当时，条纹间距较大，形成了明显的干涉条纹；而当双光栅距离过大或过小时，条纹间距变得模糊，干涉效应减弱。
在插入平行板后，可以观察到条纹的位移现象。
当平行板倾斜角度发生变化时，条纹整体向一侧平行移动，这是由于平行板的光程差引起的。
根据光程差的公式，可以计算出平行板的厚度。
在加入干涉滤光片后，干涉条纹的颜色发生了变化。
干涉滤光片的透过波长决定了通过光栅的光束的颜色，因此通过调节干涉滤光片的透过波长，可以观察到不同颜色的干涉条纹。
这进一步验证了光的波动性质和干涉现象。
通过将光电二极管连接到示波器上，可以将干涉条纹的振动信号转化为电信号进行观测和分析。
示波器的参数调节可以改变信号的振幅和频率，进一步研究双光栅系统的振动特性。
结论：通过双光栅振动实验，我们深入了解了光学干涉现象和光栅的特性。
双光栅实验报告
双光栅实验报告双光栅实验报告引言在光学实验中，双光栅实验是一种常见的实验方法，用于研究光的干涉和衍射现象。
通过使用两个光栅，我们可以观察到一系列有规律的亮暗条纹，从而揭示光的波动性质和光栅的特性。
本文将介绍双光栅实验的原理、实验装置和观察结果，并对实验结果进行分析和讨论。
实验原理双光栅实验是基于光的干涉和衍射现象。
当光通过一个光栅时，光的波前会被分成一系列的次波前，形成干涉条纹。
如果在光栅后面再放置一个光栅，第二个光栅上的次波前将与第一个光栅上的次波前干涉，形成一系列更加复杂的干涉条纹。
实验装置本次实验所使用的装置包括两个光栅、光源、准直器、透镜和屏幕。
首先，我们将光源通过准直器调整为平行光，然后通过透镜将光聚焦到第一个光栅上。
第一个光栅将光分成一系列次波前，其中一部分次波前会通过第二个光栅。
最后，我们将观察屏幕放置在第二个光栅的后方，以观察干涉条纹的形成。
实验结果通过实验观察，我们可以看到在观察屏幕上出现了一系列明暗相间的条纹。
这些条纹呈现出规律的分布，有的条纹间距较宽，有的间距较窄。
通过调整实验装置的参数，如改变光源的位置、调整光栅之间的距离等，我们可以观察到不同形状和间距的条纹。
实验分析双光栅实验的条纹形成是由光的干涉和衍射效应共同作用的结果。
当光通过第一个光栅时，光的波前被分成一系列次波前，这些次波前在第二个光栅上再次发生干涉和衍射。
干涉是由于光的波动性质，当两个波峰或波谷相遇时会产生增强的干涉效应，而当波峰和波谷相遇时会产生衰减的干涉效应。
衍射则是由于光通过光栅的缝隙时会发生弯曲和扩散，使得光的传播方向发生变化。
通过对双光栅实验的观察和分析，我们可以得出以下结论：1. 干涉条纹的间距与光栅的间距有关，当光栅的间距增大时，条纹的间距也会增大。
2. 干涉条纹的形状与光栅的特性有关，不同形状的光栅会产生不同形状的条纹。
3. 干涉条纹的亮度与光源的强度有关，光源越强，条纹越明亮。
结论双光栅实验是一种研究光的干涉和衍射现象的重要实验方法。
双光栅lau效应实验报告
双光栅lau效应实验报告
实验报告
实验名称：双光栅Lau效应实验
实验目的：掌握双光栅Lau效应实验原理及操作方法，观察实验现象，并对其进行分析和讨论。
实验仪器：双光栅Lau效应实验装置、单缝衍射装置、CCD相机、激光器、光学平台等。
实验原理：双光栅Lau效应是一种光学干涉现象，其原理基于菲涅尔-柯西原理和洛伦兹条件，当两个光栅的互相距离为其光栅常数的倍数时，会出现明暗相间的干涉条纹。
实验步骤：
1. 调整实验装置，使激光束经过单缝，成为单色、直行、平行的光线，进入光栅装置。
2. 调整光栅装置，使两个光栅的互相距离为其光栅常数的倍数，同时将CCD相机对准干涉条纹。
3. 打开激光器，记录干涉条纹的数目及明暗程度，并将CCD
相机拍摄的干涉图像传送至计算机进行数据处理。
4. 对干涉条纹进行分析，采用FFT算法得到频谱图，并利用Matlab软件对其进行处理。
实验结果：
1. 在实验过程中观察到明暗相间的干涉条纹，并记录了其数目
及明暗程度。
2. 经过图像处理和分析，得到了干涉条纹的频谱图，并得出了
双光栅Lau效应的周期及其对应的光栅常数。
3. 对实验结果进行了进一步讨论和分析，认为双光栅Lau效应是一种重要的干涉现象，其应用在光学测量、光栅刻制和集成光学等方面具有极大的潜力。
实验结论：通过双光栅Lau效应的实验，我们掌握了光学干涉现象的基本原理与操作方法，并了解了其在实际应用中的重要性及潜力。
双光栅微弱振动实验
双光栅测量微弱振动位移量实验精密测量在自动化控制的领域里一直扮演着重要的角色，其中光电测量因为有较好的精密性与准确性，加上轻巧、无噪音等优点，在测量的应用上常被采用。
作为一种把机械位移信号转化为光电信号的手段，光栅式位移测量技术在长度与角度的数字化测量、运动比较测量、数控机床、应力分析等领域得到了广泛的应用。
多普勒频移物理特性的应用也非常广泛，如医学上的超声诊断仪，测量海水各深度层的海流速度和方向、卫星导航定位系统、乐器的调音等。
双光栅微弱振动测量仪在力学实验项目中用作音叉振动分析、微 弱振幅（位移）、测量和光拍研究等。
【实验目的】1．了解利用光的多普勒频移形成光拍的原理并用于测量光拍的拍频； 2．学会使用精确测量微弱振动位移的一种方法；3．应用双光栅微弱振动测量仪测量音叉振动的微振幅。
【实验原理】1.位移光栅的多普勒频移多普勒频移是指光源、接收器、传播介质或中间反射器之间的相对运动所引起的接收器接收到的光波频率与光源频率发生的变化，由此产生的频率变化称为多普勒频移。
由于介质对光传播时有不同的相位延迟作用，对于两束相同的单色光，若初始时刻相位相同，经过相同的几何路径，但在不同折射率的介质中传播，出射时两光的位相则不相同，对于位相光栅，当激光平面波垂直入射时，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，使入射的平面波变成出射时的摺曲波阵面，见图1。
激光平面波垂直入射到光栅，由于光栅上每缝自身的衍射作用和每缝之间的干涉，通过光栅后光的强度出现周期性的变化。
在远场，我们可以用大家熟知的光栅衍射方程即（1）式来表示主极大位置：,...... 2 , 1 , 0 sin =±= k k d λθ （1） 式中：整数k 为主极大级数，d 为光栅常数，θ为衍射角，λ为光波波长。
如果光栅在y 方向以速度v 移动，则从光栅出射的光的波阵面也以速度v 在y 方向移动。
因此在不同时刻，对应于同一级的衍射光，它从光栅出射时，在y 方向也有一个vt 的位移量，见图2。
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双光栅测弱振动在工程技术上，往往需要对微小振动的速率和幅度予以精确的测量，尤其是在航空航天领域，对微弱振动的研究更是有着深远的意义。
在众多测量技术中，“双光栅”测量法以其简单实用的优点得到了广泛的应用。
双光栅测弱振动是将光栅衍射原理、多普勒频移原理以及光拍测量技术等多学科结合在一起，把机械位移信号转化为光电信号测量弱振动振幅的一个实验。
1实验要求1. 实验重点①熟悉一种利用光的多普勒频移效应、形成光拍的原理及精确测量微弱振动位移的方法。
②了解双光栅微弱振动测量仪的原理和使用。
③作出外力驱动音叉时的谐振曲线，并研究影响共振频率和振幅的因素。
2. 预习要点①本实验是如何获得光拍的？你觉得还有其它方法产生光拍吗？②由本实验的光拍信号你可以获得哪些信息？③你认为哪些因素会影响共振频率？作外力驱动音叉谐振曲线时,音叉驱动信号的功率需要固定吗?④本实验中如何才能调出光滑的光拍？2 实验原理如果移动光栅相对静止光栅运动，使激光束通过这样的双光栅便产生光的多普勒现象，把频移和非频移的两束光直接平行迭加可获得光拍，再通过光的平方律检波器检测，取出差频讯号，可以精确测定微弱振动的位移。
1．位相光栅的多普勒位移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度和光疏媒质部分对光波的位相延迟作用,使入射的平面波变成出射的摺曲波阵面,见图1,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即(1)式来表示:θnλsin( 1 )d=(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 移动着,则出射波阵面也以速度v 在y 方向,从而,在不同时刻,对应于同一级的衍射光线,它的波阵面上出发点,在y 方向也有一个vt 的位移量,见图2。
这个位移量相应于光波位相的变化量为)(t φ∆。
θλπλπφsin 22)(vt S t =∆∙=∆( 2 )图2 不同时刻，动光栅的同级衍射光线发生的位移图3 动光栅的衍射光(1)代入（2）：d n vtt λλπφ2)(=∆=2d vn t n t dπω= ( 3 )图1 位相光栅式中2d vdωπ=。
现把光波写成如下形式: []))((exp 00t t i EE φω∆+=[]t n i dE )(exp 00ωω+= ( 4 )显然可见,运动的位相光栅的n 级衍射光波,相对于静止的位相光栅有一个的多普勒频移量,如图3所示。
设ωωωdan +=0(5 )2.光拍的获得与检测 光频率甚高，为了要从光频ω0中检测出多普勒频移量,必须采用"拍"的方法。
即要把已频移的和未频移的光束互相平行迭加，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。
激光通过光栅后所形成的衍射光，即为两种以上光束的平行迭加。
如图4所示，光栅A 按速度V A 移动起频移作用，而光栅B 静止不动只起衍射作用,图4双光栅的衍射故通过双光栅后出射的衍射光包含了两种以上不同频率而又平行的光束，由于双光栅紧贴，激光束具有一定尺度故该光束能平行迭加，这样直接而又简单地形成了光拍。
当此光拍讯号进入光电检测器，由于检测器的平方律检波性质，其输出光电流可由下述关系求得：光束1：)(1101cos ϕω+=t E E ；光束2：])[(20202cos ϕωω++=t d E E ，光电流：)(212E E I +=ξ⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+++++-+-++++++=)]()[()]()[(])[()(1200201012002010202220102210cos cos cos cos ϕϕωωωϕϕωωωϕωωϕωt t t t d d d E E E E E E ( 6 )因光波频率ω甚高，不能为光电检测器反应，所以光电检测器只能反应（6）式中第三项图5 光拍波形图拍频讯号：[]{})(122010cos ϕϕωξ-+=t s dE E i ，光拍如图5所示，光电检测器能测到的光拍讯号的频率为拍频n v v FA A d dθπω===2拍( 7 ) 其中d n 1=θ为光栅密度，本实验100=n θ条/mm3.微弱振动位移量的检测图6光拍法测量振幅，取T/2的光拍波形计数从（7）式可知，F拍与光频率ω0无关，且当光栅密度n θ为常数时，只正比于光栅移动速度vA,如果把光栅粘在音叉上，则vA是周期性变化的。
所以光拍信号频率F拍也是随时间而变化的，微弱振动的位移振幅为：dt dt t v T T n F A⎰⎰==202021)(21θ拍dt TFn ⎰=221拍θ（8）（8）式中T 为音叉振动周期，dt TF⎰2拍可直接在示波器的荧光屏上计算（数出）波形数而得到，因为dt TF⎰2拍表示T/2内的波的个数，其不足一个完整波形（波群的两端）的首数及尾数，可按反正弦函数折算为波形的分数部分，即波形数=整数波形数+分数波形数360sin360sin 011ba--++（9）式中，a,b 为波群的首尾幅度和该处完整波形的振幅之比。
波群指T/2内的波形。
分数波形数包括满1/2个波形为0.5满1/4个波形为0.25。
波形计数以如图6为例，在T/2内，整数波形为4，首数部分已满1/4个波形，尾数部分b=h/H=0.6/1=0.6,代入(9)式即可得光拍波形数。
3 仪器介绍1.仪器用具半导体激光器（波长650nm ），双光栅（100条/mm ），光电池，音叉(谐振频率约410Hz),导轨，双综示波器和音叉激励信号源等 2.光路图7 光路图4.实验内容1.连接将双踪示波器的Y1、Y2、X 外触发输入端接至双光栅微弱振动测量仪的Y1、Y2、X 输出插座上,开启各自的电源。
2.操作(1)几何光路调整调整激光器出射激光与导轨平行，锁紧激光器。
（2）双光栅调整静光栅与动光栅接近（但不可相碰！）用一屏放于光电池架处，慢慢转动静光栅架，务必仔细观察调节，使得二个光束尽可能重合。
去掉观察屏，调节光电池高度，让某一束光进入光电池。
轻轻敲击音叉，调节示波器，配合调节激光器输出功率，应看到很光滑的拍频波。
若光拍不够光滑，需进一步细调静光栅与动光栅平行。
（3)音叉谐振调节固定功率，调节频率旋钮,使音叉谐振(此时光拍波形数最多)。
调节时用手轻轻地按音叉顶部，找出调节方向。
如音叉振动太强烈，将功率适当减小，使在示波器上看到的T/2内光拍的波形数为12个左右较合适。
（4）测出外力驱动音叉时的谐振曲线，小心调节“频率”旋钮，作出音叉的频率--振幅曲线。
(5)改变音叉的有效质量，研究谐振曲线的变化趋势，并说明原因。
（改变质量可用橡皮泥或在音叉上吸一小块磁铁。
注意，此时信号输出功率不能改变）（6）改变音叉的质量分布，研究谐振曲线的变化趋势，并说明原因。
（7）改变功率（用激励信号的振幅U2表征大小）观察共振频率和共振时振幅的变化,并分析原因。
3.数据处理作图法作出不同情况下的谐振曲线，比较不同，并给出相应的理论依据。
5．实验后思考题1．本实验测量方法有何优点?估算测量微振动位移的灵敏度是多少?2．改变音叉驱动信号的功率测得的频率-振幅曲线会变化吗？3．从理论上说明改变音叉的有效质量频率-振幅曲线为什么会发生变化。
6.实验注意事项1.静光栅与动光栅不可相碰2.双光栅必须严格平行，否则对光拍曲线的光滑情况有影响。
3.音叉驱动功率无法计量其准确值，以激励信号在示波器上显示的振幅为准（P~U2/R）。
4.注意调节光电池的高度，因为它对光拍的质量有很大影响，并非让光电池完全对准光斑效果就是最好。
Talbot长度的测量Talbot效应又叫做衍射自成像效应，是指当一束单色平面光照射一个衍射器件（如光栅）时会在该衍射器件后的一定距离处出现自身的像。
自1836年H．F．Talbot首次报道了这种周期性物体的衍射自成像效应以来，对Talbot效应的研究和应用工作一直没有间断。
这种自成像效应已经在光学精密测量、光信息存储、原子光学、玻色-爱因斯坦凝聚等领域得到广泛应用，具体如光路调整、光信息处理、透镜焦距的测量、相位物体的折射率梯度测量、物体表面轮廓推算等。
基于Talbot效应的阵列照明器也已经在光通信、光计算等领域得到了广泛的应用。
准确测量Talbot长度，对正确理解傅里叶光学的有关概念，并更好利用Talbot效应具有重要意义。
本文提出利用动态叠栅条纹光电信号的调制度测量Talbot长度的方法，该方法原理简单，现象直观，且准确度较高。
1. 实验要求1.实验重点①通过实验，了解的基本理论，加深对其基本概念的理解。
②认识Talbot 效应在光学中的应用及其重要意义。
③掌握利用动态叠栅条纹测量不同光栅Talbot 长度的方法。
2. 预习要点①一束激光打到平行的双光栅，透射光打到到光电池上输出的光电信号分别从衍射理论和傅立叶光学理论出发推导出的结果是否一致？②2G 所在导轨的最小分度是0.1mm ，预测该实验中100条/mm 和30条/mm 的光栅组对应Talbot 长度的理论值，并设计方法具体如何测量。
③Talbot 效应必须用单色平面波照射双光栅才产生吗？3. 实验原理Talbot 效应是指当以单色平面波或单色球面波照明一透明周期性物体时，在物体后的某些平面上将重复出现周期性物体的像，即不用任何透镜就可得到物体的像，这些像称为Talbot 像，像与物体的距离称为Talbot 长度。
不同的周期性物体，其成像位置即Talbot 长度也不同。
本实验从傅里叶光学理论出发，利用动态叠栅条纹研究和测量光栅的Talbot 长度。
设二元振幅光栅1G 的光栅常量为d ，在光栅平面上建立坐标系xoy （图1），x 方向垂直于栅线。
光栅透过率函数的傅立叶级数的复数形式为：()exp(2)nn xT x A i n d π∞=-∞=∑ （1） 式中n A 为傅立叶系数。
当光栅在x 方向有一平移0x ，则透过率函数可写为：0()exp(2)n n x x T x x A i ndπ∞=-∞--=∑（2）现用振幅为1的单色平行光垂直照明光栅，在近轴条件下，经1G 投射在z 处111x o y 平面上的光场复振幅表达式为：20111(,)exp(2)exp[()]n x x U x z A i n i x x dx z d zππλ∞-∞-=∙-⎰ （3） 整理得：210122()(,)exp n n n x x zn U x z A C i d d λπ∞=-∞⎧⎫⎡⎤-⎪⎪=-⎨⎬⎢⎥⎪⎪⎣⎦⎩⎭∑ （4）光强可写为：2101022()cosexp[]n n n x x zn I I C i d dπλπ∞=-∞-'=∙∑ （5） 为获得叠栅条纹，在z 处放上光栅常量仍为d 的光栅2G ，栅线方向和1y 轴有夹角θ（如图1所示）。