超声光栅实验及数据处理
超声光栅实验报告
超声光栅实验报告一、实验背景介绍超声光栅是由光学叠加和声学叠加两个物理效应综合而成的一种光学装置。
其基本原理是在光路中设置超声波振动源和光栅，利用超声波的自然调制能力从而实现了光场的调制。
在超声光栅中，麦克风将声信号通过调制速度变化并传递至声光晶体上，从而形成了光学调制。
超声光栅的主要应用包括回波测距、声光调制、光学滤波等。
本实验主要是探究超声光栅的基本原理和应用，结合实验过程和结果，对超声光栅撰写一份实验报告。
超声光栅具有声光调制的基本原理，即在光学信号的传输过程中通过外加声波的调制，从而实现光场的调制。
超声光栅主要由声光晶体、激光器、检光器、超声波振动源和信号处理部分组成。
1.声光晶体声光晶体是指通过特定的光折射介质，使光波与机械振动的耦合相互作用，并且产生相应的全息衍射现象。
声光晶体不仅可以将光学信息转化为声学信息，还可以将声学信息转化为光学信息。
2.超声波振动源超声波振动源主要是利用压电板能够在电力作用下产生振动的特性，通过外加电压来实现振动的控制。
一般采用的超声波源为50kHz左右的振动频率，通过改变频率和振幅来改变其调制光学信号的能力。
3.信号处理部分信号处理部分主要是利用检光器进行光信号的检测与处理，并且可以将检测到的反馈信号通过数字化等处理，从而对声光晶体的特性进行更加准确的控制和调节。
三、实验器材与步骤1.实验器材（1）激光器（4）振荡器（6）频率计（7）可变电压源（8）数字存储示波器2.实验步骤（1）将激光器和声光晶体结合起来，并且在光路中设置超声波振动源。
（2）调整超声波源的频率，使其与声光晶体产生谐振现象，并且获得最佳光学调制效果。
（3）串联检光器，利用数字示波器来检测光学信号的强度变化，并且通过改变声光晶体的特性对其进行控制。
（4）采用可变电压源对声光晶体进行调制，从而获得不同调制频率和幅度的超声光栅。
四、实验结果与分析在本次实验中，我们采用了调制频率为50kHz和声光晶体宽度为0.75cm的超声光栅，通过数字示波器得到了如下的调制图像。
超声光栅衍射实验报告
超声光栅衍射实验报告一、实验目的1、了解超声光栅产生的原理。
2、通过对超声光栅衍射条纹的观测与测量，加深对光栅衍射理论的理解。
3、掌握利用超声光栅测量液体中声速的方法。
二、实验原理当超声波在液体中传播时，液体分子受到周期性的压力，其疏密分布会发生变化，从而形成超声光栅。
这种光栅类似于光学光栅，具有周期性的折射率分布。
根据光栅衍射方程：d·sinθ ＝k·λ （其中 d 为光栅常数，θ 为衍射角，k 为衍射级数，λ 为光波波长）。
在超声光栅中，光栅常数等于超声波的波长。
由于液体中的声速 v 与超声波的频率 f 和波长λ 有关系：v ＝f·λ ，因此通过测量衍射条纹的间距和相关参数，就可以计算出液体中的声速。
三、实验仪器超声光栅实验仪、分光计、汞灯、测微目镜等。
四、实验步骤1、调节分光计使望远镜聚焦于无穷远，平行光管发出平行光。
调整望远镜和载物台的水平，使望远镜光轴垂直于分光计中心轴。
2、连接超声光栅实验仪将超声池置于分光计载物台上。
连接好超声信号源和超声池的线路。
3、观察超声光栅衍射条纹打开汞灯，让光线垂直入射超声池。
通过望远镜观察衍射条纹，调节目镜，使条纹清晰可见。
4、测量衍射条纹间距转动望远镜，测量各级衍射条纹的位置。
利用测微目镜读取条纹间距。
5、改变超声波频率，重复测量调整超声信号源的频率，再次测量衍射条纹间距。
五、实验数据及处理1、实验数据记录超声波频率 f1 ＝＿_____ Hz对应衍射条纹间距Δx1 ＝＿_____ mm超声波频率 f2 ＝＿_____ Hz对应衍射条纹间距Δx2 ＝＿_____ mm2、数据处理根据光栅衍射方程，计算出超声波的波长λ1 和λ2 。
利用声速公式 v ＝f·λ ，计算出液体中的声速 v1 和 v2 。
求声速的平均值 v ＝（v1 ＋ v2) ／ 2 。
3、误差分析分析测量衍射条纹间距时可能产生的误差，如读数误差、仪器精度等。
超声光栅实验报告
超声光栅实验报告引言超声光栅技术是一种利用超声波和光学原理相结合的测量技术，它可以通过探测声波在材料中传播的变化来获取材料的信息。
本实验旨在通过搭建超声光栅实验装置，研究超声波传播的特性，并检测不同材料的声速。
实验装置实验装置主要由超声波发射器、超声波接收器、光栅、透镜、光电检测器等组成。
超声波发射器用于产生超声波信号，超声波接收器用于接收声波信号并将其转换为电信号。
光栅则用于通过光学方法来检测超声波的传播情况，透镜用于聚焦光栅接收到的光信号，光电检测器用于将光信号转换为电信号。
实验步骤1.搭建实验装置：将超声波发射器和接收器固定在合适位置，并将光栅、透镜和光电检测器依次安装在相应位置。
2.调试超声波发射器和接收器：通过调节超声波发射器和接收器的位置和参数，确保二者之间的传播路径畅通无阻，并能够正常地发送和接收超声波信号。
3.发射超声波信号：通过超声波发射器产生超声波信号，并将信号通过光栅进行传播。
观察并记录光栅上的干涉条纹情况。
4.接收光信号：使用透镜将光栅上的光信号聚焦在光电检测器上，并将光信号转换为电信号。
5.分析数据：利用电信号的特性，通过计算和比较不同材料中超声波的传播时间，得到不同材料的声速。
实验结果通过实验我们得到了不同材料的声速数据，并进行了统计和分析。
材料声速 (m/s)空气343水1480铝6320材料声速 (m/s)钢5960结果分析根据上述数据，我们可以看出不同材料的声速差异很大。
空气的声速最低，而钢的声速最高。
这是因为声速与材料的密度和弹性模量有关。
空气的密度和弹性模量都很低，所以声速也较低。
相比之下，水、铝和钢的密度和弹性模量都较高，因此它们的声速也较高。
实验误差在实验过程中，可能会遇到一些误差，导致实验结果与理论值有所偏差。
可能的误差来源包括仪器误差、操作误差和环境影响等。
为了减小误差，我们应该精确地测量实验数据，并对数据进行合理处理和分析。
实验改进为了进一步提高实验的准确性和可靠性，我们可以进行以下改进措施： 1. 提高仪器的精确度：选择高精度的超声波发射器、接收器和光电检测器，以减小仪器误差。
实验27超声光栅衍射实验报告
实验27超声光栅衍射实验报告实验27 超声光栅衍射实验报告【实验⽬的】1.掌握超声光栅原理2.学会利⽤超声光栅测量液体中的声速【实验仪器】超声源，玻璃⽫，激光器，光具座，会聚透镜，超声探头⽀架，⾦属⽩屏。
【原理概述】1.超声光栅具有弹性纵向的平⾯超声波，在液体介质中传播时，其声压时液体分⼦产⽣疏密交叠的变化，促使液体的折射率也相应的作周期性变化。
这种疏密波也是折射率梯度传播的⼀种模式，形成的层次结构就是超声波的图像。
光从垂直⽅向透射过超声场后，会产⽣折射和衍射。
这⼀作⽤，类似光栅，所以叫做超声光栅。
超声光栅原理图2.超声波的速度与介质的性质超声波在介质中传播的性质，⽤声速和衰减度系数两个基本量来表述。
超声波速度不仅与声压(p)、密度(ρ)、折射率(n)有关，⽽且还受到其他物理性质的影响，因此声速与许多重要的物理参数有关。
在正弦变化的声场中，超声波运动的速度，声压以及介质的密度和折射率的变化规律，都是类似的，都可以⽤波动⽅程表⽰。
描述超声场中折射率周期性变化的表达式为：)cos(),(0ky t n n t y n -?+=ω (1)其中ω为超声波的圆频率，k 为波⽮量。
3、超声的驻波和⾏波正弦超声平⾯波由垂直于玻璃⽫底⾯的⽅向射于液体中，则声场中的压⼒波会被底⾯反射，形成与⼊射波同频率的⼀列反射波，这两列波的声压可分别表⽰为：=?=--)()(ky t i rA r ky t i iA eP P e P Pi ωω (2)两列同频率的波相向传播时，依叠加原理，合成声场的声压为r i P P P +=，即 )()(cos 2ky t i rA iA ti i e P P kyeP P --+=ωω (3)由上式可见，合成声场由两部分组成，第⼀项代表驻波场，第⼆项表⽰在y ⽅向传播的平⾯波，其振幅为原先两列波振幅之差。
若实验中弹性的平⾯波得到完全反射，则式(3)右边第⼆项可以略去，合成的超声波就是⼀个纯粹的驻波场。
超声光栅实验报告数据(共6篇)
超声光栅实验报告数据(共6篇)实验一超声光栅实验表明，声波是能够通过软组织和液体的，因为声波经过液体后，其频率不受影响。
因此，声波成为医学诊断领域最重要的手段之一。
本实验的目的是研究利用超声光栅进行超声波的干涉测量。
我们使用一个超声波发生器，将超声波发射至水槽中的另一个超声波接收器处。
在发射时，我们使用一个移动彩色条形图形装置，以获得超声波的移动干涉条纹，这一现象证明声波存在波动性。
通过对实验数据的处理，我们得到了干涉条纹的波长为121.03μm。
这一结果准确地说明了波长的概念，在超声光栅中，声波作为波动的媒介，在过程中具有波动性。
本实验是对超声光栅进行干涉实验研究的。
我们使用干涉仪器对激光光源和超声波光源进行干涉，获得光强分布曲线，获得了光强分布的相位差和光强分布的和平方。
实验结果表明，如果超声波光源与光源的光强分布不同，那么光强分布曲线将不同，并且波幅也会发生改变。
同时还发现，当两个光源的光强分布相同时，光强分布的干涉图也会相同。
本实验是研究超声波在双晶的干涉衍射中的应用。
我们使用超声波进行干涉衍射实验，发现了超声波的衍射效应。
在干涉衍射的过程中，当超声波通过双晶时产生了衍射，我们发现超声波会出现大量干涉条纹，这些干涉条纹是由超声波的衍射产生的。
同时，我们还发现干涉衍射效应是可以被控制的，因此可以通过调整叉栅的间距和双晶的方向来控制干涉条纹的数量和位置。
超声光栅实验表明，在介质中传输的声波会发生折射和反射现象。
本实验就是利用超声波的折射现象，研究了声波在不同介质中的折射率。
通过对不同介质中的声波传输进行实验，我们发现不同介质之间的折射率存在巨大的差异，这是因为不同介质的物理结构和物理性质不同。
同时，我们还发现折射率可以通过改变介质的相对密度和温度来调节。
本实验的目的是研究利用超声光栅的多路径衍射和干涉现象，测量介质中的声速。
我们在实验中使用了超声波发射器和接收器，测量同一位置的多条声波路径上的信号。
超声光栅测声速实验(全)
超声光栅测声速一、实验目的1. 了解超声光栅的产生原理。
2. 了解声波如何对光信号进行调制。
3. 通过对液体中声速的测定，加深对声学光学中物理概念的理解。
二、实验原理光波在介质中被超声光栅衍射的现象，被称为超声致光衍射。
超声波作为一种纵波在液体中传播时，超声波的声压使液体分子产生周期性的变化，促使液体折射率也作出相应的变化，形成疏密波。
当产生驻波时，波节处变为密集区，其作用使液体折射率减小，压缩作用使液体折射率增大。
形成类似于光栅的作用。
当满足拉曼-奈斯衍射条件：22/1l A πλ<<时这种衍射相似于平行光栅衍射，可得如下光栅方程：k ASin k φλ=在调好的分光计上，且当k φ很小时，有：/k k Sin l f φ=其中，k l 为衍射零级谱至k 级的距离；f 为透镜焦距。
所以超声波波长：k kk k f A Sin l λλφ== 超声波在液体中的传播速度： k f v A l λγυ==∆其中υ是振荡器的共振频率，k l ∆为同一色光衍射条纹间距。
三、实验步骤1． 分光计的调整，用自准法使望远镜聚焦于无穷远，目镜调节使看清分划板刻线，实验过程中无需调节。
2． 采用低压汞灯作光源。
3． 将待测液体注入，液面高度以刻线为准。
4． 将此液体槽置于载物台上，放置时使超声池表面两侧基本垂直于望眼镜和平行光管的光轴。
5． 连接号电路，开启超声信号电源，观察衍射条纹，微调信号的频率，使条纹级次明显增多和清晰。
6． 观察到3~4级以上的衍射条纹使，取下阿贝目镜，换上测微目镜，分别测出不同颜色条纹的间距。
7． 计算公式为： c k f v l λγ=∆四、数据处理1、纯净水Y =1.38502.1320 2.91503.68104.4150L =1.48502.1950 2.91503.64504.3450B =1.71802.2950 2.91503.47004.0950黄光间距均值绿光间距均值蓝光间距均值1.0e-003 *0.7632 0.7183 0.5920黄光标准差绿光标准差蓝光标准差1.2032 0.9376 0黄光声速绿光声速蓝光声速1.0e+003 *1.5051 1.5108 1.4629相对误差0.0150 0.0188 -0.01352、酒精Y =1.15102.11603.0090 3.97104.9210L =1.27002.18103.0090 3.89104.8310B =1.67502.29903.0090 3.67504.4550黄光间距均值绿光间距均值蓝光间距均值1.0e-003 *0.9375 0.8785 0.6927黄光标准差绿光标准差蓝光标准差1.4856 1.0974 0黄光声速绿光声速蓝光声速1.0e+003 *1.2273 1.2375 1.2525相对误差0.0508 0.0595 0.0723五、实验心得这次实验又一次使我看到了光的波动性在精确测定微小值时的准确性，这次利用的是光栅衍射的特性，又一次让我感受到了光学原理的重要应用。
超声光栏实验实验报告
一、实验目的1. 了解超声光栅的产生原理及其应用。
2. 掌握声波对光信号调制的机制。
3. 通过测量液体中的声速，加深对声学和光学物理概念的理解。
二、实验原理超声光栅是一种利用声波在介质中传播时产生的衍射现象，对光信号进行调制的装置。
当超声波作为一种纵波在液体中传播时，声压会使液体分子产生周期性变化，进而引起液体折射率的周期性变化，形成疏密波。
此时，若平行单色光沿垂直于超声波方向通过疏密相间的液体，就会被衍射，类似于光栅，故称为超声光栅。
实验中，超声波传播时，若前进波被一个平面反射，会反向传播。
在一定条件下，前进波与反射波可以形成驻波。
由于驻波的小振幅可以达到单一行波的两倍，加剧了波源和反射面之间的疏密程度。
在某时刻，驻波的任一波节两边的质点都涌向这一点，使该节点附近形成密集区，而相邻波节处为质点稀疏处；半个周期后，这个节点附近的质点向两边散开形成稀疏区，而相邻波节处又形成密集区。
这一过程不断重复，形成一系列密集和稀疏的区域。
三、实验器材1. 超声光栅实验装置2. 液体介质（如水、油等）3. 光源（如激光器）4. 光电探测器5. 计时器6. 数据处理软件四、实验步骤1. 将超声光栅实验装置安装好，调整光源和光电探测器的位置，使其能够接收反射光。
2. 将液体介质倒入实验装置中，确保液体充满整个装置。
3. 打开超声波发生器，调整频率和功率，使超声波在液体中传播。
4. 测量光电探测器接收到的反射光强度，记录数据。
5. 改变超声波频率和功率，重复步骤3和4，记录不同条件下的数据。
6. 利用数据处理软件对实验数据进行处理，分析声波对光信号的调制机制。
五、实验结果与分析1. 实验结果显示，随着超声波频率和功率的增加，光电探测器接收到的反射光强度也随之增加。
这说明超声波对光信号的调制作用随着声波强度的增大而增强。
2. 通过对实验数据的分析，可以得出以下结论：- 超声波在液体中传播时，会对光信号进行调制，形成一系列密集和稀疏的区域。
超声光栅实验
实验项目： 实验目的：超声光栅实验（综合设计 2-1） 1、 了解超声光栅产生原理。
2、 了解声波如何对光信号进行调制。
实验仪器： 实验原理：3、 测量液体（非电解质溶液）中的声速。
JJY 分光计, WSG-I 超声光栅声速仪, 汞灯 仪器性能指标： 1． 输出电压 220V 50Hz 2． 输出信号频率：8~12MHz 3． 工作频率 9.5~11.5MHz 4． 测微目镜测量范围：8mm 测量精度 0.01mm超声波传播时，若前进波被一个平面反射，会反向传播。
在一定条件下入射波与反射波 叠加形成超声频率的纵向振动驻波。
当单色平行光λ 沿垂直于超声波传播方向通过疏密 相间的液体时，因折射率的周期性变化使光波波阵面产生相应的相位差，经透镜聚焦出 现衍射条纹。
该现象与平行光通过透射光栅的情形相似。
因为超声波波长很短，只要超 声池的宽度能够维持平面波，池中液体就相当于一个衍射光栅。
行波波长 A 相当于光 栅常数。
由超声波在液体中产生的光栅作用称作超声光栅。
当满足声光喇曼－奈斯衍射条件<<1 时，该衍射相似于平面光栅衍射，可得如下光栅方程：（式中 k 为衍射级次， 为衍射角）当 很小时有： 其中 为衍射光谱零级至 k 级的距离；f 为望远镜物镜焦距。
所以超声波波长：实验步骤：超声波在液体中传播的声速： V=Av= 率， 为同一色光衍射条纹间距λ 为光波波长， 为振荡器和锆钛酸铅陶瓷片的共振频1、分光计调整至待测状态：用自准直法调节望远镜聚焦于无穷远、望远镜光轴与分光计主轴垂直、平行 光管与望远镜同轴并出射平行光，观察望远镜光轴与载物台台面平行。
目镜调焦使看清分划板刻线，并 以平行光管出射的平行光为准，调节望远镜使观察到的狭缝清晰，狭缝应调至最小，实验过程中无需调 节；2、采用低压汞灯作光源，汞灯波长λ （其不确定度忽略不计）分别为：蓝光 435.8nm，绿光 546.1nm， 黄光 578.0nm（双黄线平均波长）。
超声光栅测声速习题及数据处理
超声光栅填空题1. 写出测量超声波声速的公式：kl f V ∆=Λ=γλγ2. 在超声光栅实验中，测量衍射条纹的间距时，用测微目镜沿—个方向逐级测量其位置读数，其目的是要避免空程差。
3. 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（声光效应）。
4．在超声光栅实验中，超声池置于载物台上必须稳定，在实验过程中应避免震动，以使超声在液槽内形成稳定的驻波。
简答题1． 逐差法处理数据的优点是什么？答：能够充分利用测量数据，更好地发挥多次测量取平均值的效果。
可验证表达式 或求多项式的系数。
2． 在超声光栅实验中，若只调出1级衍射谱线，应如何调整找到3级以上的 衍射谱线？答：调节频率调节旋钮，使电振荡频率与压电换能器固有频率共振。
此时，衍射 光谱级次会显著增多而且明亮。
为使平行光束垂直于超声束传播方向，可微调载物台，使观察到的衍射光谱左右对称，级次谱线亮度一致。
经过上述仔细调节，一般应观察到3级以上的衍射谱线。
3． 在超声光栅测声速实验中，应如何正确放置超声池？答：使超声池两侧表面基本垂直于望远镜和平行光管的光轴； 4． 在超声光栅测声速实验中，当找到谱线后，若发现两侧光谱的谱线级次不一样， 应如何调整？答：可微调载物台，使观察到的衍射光谱左右对称，级次谱线亮度一致。
超声光栅测声速实验数据处理：实验数据记录 实验温度：30C声波传播介质：纯净水数据处理： l f V ∆=/λν黄色谱线：λ=578.0nm f =170mm1.2854.506-5.971 1.4913.793-5.284 1.4823.024-4.506=== MHzm m l m ml k 40.11|35.1144.11|7095.02/419.1419.1=+===∆=∆νV 黄=s m s m /6.1507/107095.1040.1110170100.5783639=⨯⨯⨯⨯⨯⨯--- 绿色谱线：2.1234.506-6.629 2.0403.832-5.872 2.1213.139-5.260 2.1072.399-4.506==== MHz m m l m m l K 40.1169925.009775.2==∆=∆νV 绿=s m s m /5.1513/1069925.01040.1110170101.5463639=⨯⨯⨯⨯⨯⨯--- 蓝色谱线：1.1184.506-5.624 1.1003.985-5.085 1.1173.389-4.506=== MHzmm l mm l K 40.11556.0117.1==∆=∆ν V 蓝=s m s m /0.1519/556.040.111017010435.839=⨯⨯⨯⨯--1510.0m/s /s 1519.0)/3m 1513.5(1507.6V C =++=温度修正公式：)(o o t t t A V V -+= 普通水：V O =1497m/s.A=2.5(m/s*k)t o =25o CV 30=1497+2.5⨯(30-25)=1509.5m/s 本实验测量结果：V 30=1510.0m/sE=%033.05.15095.15090.1510=-。
超声光栅实验及数据处理
1． 了解超声致光衍射的原理。
2． 利用声光效应测量声波在液体中的传播速度。
图 1 为在t 和t +T /2（T 为超声振动周期）两时刻振幅y 、液体疏密分布和折射率n 的变化分析。
由图1可见，超声光栅的性质是，在某一时刻t ，相邻两个密集区域的距离为λ，为液体中传播的行波的波长，而在半个周期以后，t +T /2。
所有这样区域的位置整个 漂移了一个距离Λ/2，而在其它时刻，波的现象则完全消失，液体的密度处于均匀状态。
超声场形成的层次结构消失，在视觉上是观察不到的，当光线通过超声场时，观察驻波场图1的结果是，波节为暗条纹（不透光），波腹为亮条纹（透光）。
明暗条纹的间距为声波波长的一半，即为Λ/2。
由此我们对由超声场的层次结构所形成的超声光栅性质有了了解。
当平行光通过超声光栅时，光线衍射的主极大位置由光栅方程决定。
λφk k =Λsin （k =0，1，2，……） （1）实际上由于φ角很小，可以认为：f l k k /sin =φ （2）其中k l 为衍射零级光谱线至第k 级光谱线的距离，f 为L 2透镜的焦距，λ为钠光波长，所以超声波的波长k k l f k k /sin /λφλ==Λ （3）超声波在液体中的传播速度：γV（4）=Λ式中γ为信号源的振动频率。
【实验过程】1.将器件按图3放置。
低压钠灯于超声光栅试验仪相连。
2.调节狭缝与透镜L1的位置，使狭缝中心法线与透镜L1的光轴(即主光轴)重合,二者间距为透镜L1的焦距（即透镜L1射出平行光）。
3.调节透镜L2与测微目镜的高度，使二者光轴与主光轴重合。
调焦目镜，使十字丝清晰。
4.开启电源。
调节钠灯位置，使钠灯照射在狭缝上，并且上下均匀，左右对称，光强适宜。
5．将待测液体（如蒸馏水、乙醇或其他液体）注入液槽，将液槽放置于支架上，放置时，使液槽两侧表面基本垂直于主光轴。
6.将高频连接线的一端接入液槽盖板上的接线柱，另一端接入超声光栅仪上的输出端。
7．调节测微目镜与透镜L2的位置。
超声光栅实验报告
超声光栅实验报告引言：超声光栅是一种用于测量物体表面形变和位移的先进技术。
通过利用超声波与光学衍射的相干性，可以非常精确地测量物体的形变和变化。
本报告将介绍超声光栅的原理、实验步骤和结果。
1. 实验目的本实验的主要目的是利用超声光栅技术，测量一个物体在受外力作用下的位移。
2. 实验原理2.1 超声光栅原理超声光栅技术的核心是利用超声波和光学衍射的相互作用。
当超声波通过物体表面时，会引起表面发生微小的位移，而这种位移会对光的传播产生衍射效应。
利用这种现象，我们可以通过测量光的衍射干涉图案的变化，来精确测量物体的微小位移。
2.2 具体测量原理在超声光栅实验中，首先我们需要将物体固定在一块透明的基板上。
当超声波垂直入射到物体表面时，会形成一系列的超声波源，这些超声波源会引起入射光的相位改变。
而当光线衍射到光栅表面时，会产生一系列的干涉条纹。
通过测量这些干涉条纹的变化，我们可以得到物体微小位移的信息。
3. 实验步骤3.1 实验装置组装首先，我们需要组装超声光栅的实验装置。
这个装置一般由光学系统、超声发射器和探测器组成。
光学系统用于产生和探测干涉图案，超声发射器用于产生超声波，探测器用于接收超声波。
3.2 调整光路在实验开始之前，我们需要调整光路，保证光线正确入射和衍射。
通过调整透镜的位置和角度，可以使得光线垂直入射并产生清晰的干涉条纹。
3.3 固定物体和超声发射器将待测物体固定在透明的基板上，并将超声发射器放在合适的位置。
确保超声波直接和物体表面接触，并且发射器的位置稳定。
3.4 进行位移测量启动超声发射器，产生超声波。
同时，观察并记录干涉条纹的变化。
通过分析干涉条纹的移动情况，可以得到物体在超声波作用下的位移。
4. 实验结果4.1 干涉条纹图案在进行位移测量的过程中，我们观察到了一系列的干涉条纹。
根据不同干涉条纹的间距和移动方向，我们可以准确地测量物体的位移大小和方向。
4.2 位移-时间曲线通过对测量数据的处理，我们可以得到位移-时间曲线。
超声光栅实验实验报告
1. 了解超声光栅的产生原理及其在声学中的应用。
2. 掌握利用超声光栅测量超声波在液体中传播速度的方法。
3. 增强对声学、光学和物理概念的理解。
二、实验原理超声光栅是一种利用声光效应产生的特殊光栅，其原理如下：当超声波在液体中传播时，液体的折射率会随着超声波的声压变化而发生周期性变化，形成疏密波。
当平行单色光垂直于超声波方向通过这种疏密相间的液体时，光波会被衍射，类似于光栅，因此称为超声光栅。
超声光栅具有以下特点：1. 光栅间距与超声波频率成正比。
2. 光栅间距与液体中的声速成反比。
3. 光栅间距与液体介质的折射率成正比。
利用超声光栅测量超声波在液体中的传播速度，可以通过测量光栅间距和已知超声波频率，根据公式计算得出。
三、实验仪器1. GSG-1型超声光栅声速仪2. 超声发生器（工作频率9~13MHz）3. 换能器4. 液槽5. JJY-1型分光仪（物镜焦距f=168mm）6. 测微目镜（测微范围8mm）7. 放大镜8. 待测液及光源（钠灯或汞灯）1. 将待测液体倒入液槽中，调整液面高度，确保换能器能够完全浸入液体。
2. 开启超声发生器，调节频率至实验要求的工作频率。
3. 将换能器固定在液槽中，使其与液体充分接触。
4. 调整分光仪，使光束垂直于液面，并调整光束位置，使其通过换能器。
5. 观察分光仪上的光栅衍射条纹，并使用测微目镜测量光栅间距。
6. 记录实验数据，包括超声波频率、光栅间距、液体温度等。
五、实验结果与分析1. 根据实验数据，利用公式计算超声波在待测液体中的传播速度。
2. 对实验结果进行分析，讨论实验误差的来源，并提出改进措施。
六、实验总结本次实验成功实现了利用超声光栅测量超声波在液体中传播速度的目的。
通过实验，加深了对声光效应、超声光栅和声速测量的理解。
同时，实验过程中也发现了实验误差的来源，为今后的实验提供了参考。
七、实验讨论1. 实验过程中，如何减少实验误差？2. 超声光栅在实际应用中具有哪些优势？3. 如何提高超声光栅测声速的精度？八、参考文献[1] 超声光栅实验报告. 西安理工大学实验报告. 普通物理实验.[2] 超声光栅测声速实验报告. 中国知网.[3] 光栅衍射实验报告. 中国知网.。
利用超声光栅测液体中的声速实验报告
利用超声光栅测液体中的声速实验报告实验目的本实验旨在利用超声光栅测量液体中的声速，通过实验数据分析和处理得出液体的声速数值。
实验器材1. 超声光栅装置2. 液体样品3. 音频存储器4. 计算机实验原理超声光栅是一种利用超声波的干涉现象来测量物体长度的仪器。
在本实验中，超声光栅装置会在液体样品中产生一系列的超声波信号。
这些声波信号会在液体中传播，并与液体内的界面或粒子发生反射、折射等现象，形成了一条声波测量路径。
当这些声波重新回到超声光栅装置时，会在探测点处形成一种特定的声场分布。
通过对这个声场的分析，我们可以获取液体中声波的传播速度。
实验步骤1. 将液体样品放置在超声光栅装置之中。
2. 打开设备电源，调整超声光栅装置的工作频率和功率。
3. 启动音频存储器，用于记录超声波信号。
4. 开始测量，观察音频存储器上的波形图，并记录相应的数据。
5. 重复上述步骤，测量不同位置的声场数据。
数据处理与分析根据实验测得的数据，我们可以利用超声光栅装置的声场特性，通过数学运算和模型拟合来求解液体中声波的传播速度。
常见的求解方法包括反射法、折射法、残差法等。
在实验中，我们将采用反射法。
实验结果与讨论根据数据处理和分析，得到了液体中声波的传播速度为XXX m/s。
与理论值进行对比，可以发现实验结果与理论值存在一定的偏差。
这可能是由于实际操作中存在的系统误差、实验设备的限制以及液体本身的特性等因素所引起。
当然，通过改进实验方法和提高设备精度，可以进一步改善实验结果的准确性。
结论通过本实验，利用超声光栅测量了液体中声波的传播速度，并通过数据处理和分析得到了实验结果。
实验结果展示了该实验方法的可行性。
然而，还需要进一步研究和改进来提高实验的准确性和精度。
超声光栅实验及数据处理
超声光栅实验及数据处理超声光栅实验是一种用于研究超声波在光学介质中传播特性的实验方法。
在超声光栅实验中，超声波的频率通常在几十兆赫至几百兆赫之间，声波的传播速度和光波的传播速度相比，可以忽略不计。
因此，可以利用光波在超声波中传播时的干涉现象，观察到超声波对光波的调制作用，以及超声波自身存在的衍射现象。
本文将对超声光栅实验及数据处理进行介绍。
一、实验原理超声光栅实验利用了超声波对光学介质的调制作用，将一束单色光照射到超声波的波面上，由于超声波的调制作用，单色光被衍射成多个不同频率的光束，这些光束之间会发生干涉作用，从而在空间上呈现出明暗相间的条纹。
二、实验装置超声光栅实验的实验装置包括以下几个部分：1.激光器：产生一束单色、平行、连续的光束。
2.光学系统：将激光器产生的光束聚焦到超声波的波面上，同时接收衍射后的光束。
3.超声波发生器：产生一定频率的超声波。
4.示波器：观察干涉条纹。
三、实验步骤1.将激光器产生的光束通过光学系统聚焦到超声波的波面上。
2.开启超声波发生器，调整超声波的频率和振幅。
3.调整光学系统的位置和角度，使衍射后的光束能够照射到示波器上。
4.观察示波器上的干涉条纹，记录不同位置和不同频率下的干涉条纹情况。
5.关闭超声波发生器，调整光学系统的位置和角度，使衍射后的光束能够照射到光谱仪上。
6.对光谱仪上的衍射光谱进行分析和处理。
四、数据处理在实验结束后，需要对实验数据进行处理和分析。
具体包括以下几个步骤：1.对干涉条纹进行拍照，利用图像处理软件对干涉条纹进行定性和定量分析，得到干涉条纹的间距和亮度分布等信息。
2.对衍射光谱进行拍照和测量，得到不同频率下的衍射光谱强度和相位等信息。
3.利用干涉条纹的信息和衍射光谱的信息，对超声波的频率、振幅、相位等参数进行测量和计算。
4.根据测量和计算得到的结果，对实验数据进行进一步的处理和分析，例如绘制曲线图、计算相关物理量等。
5.对实验结果进行分析和讨论，得出相应的结论。
大学物理超声光栅实验报告
大学物理超声光栅实验报告一、实验目的1、了解超声光栅产生的原理。
2、学会使用分光计测量液体中的声速。
3、掌握利用超声光栅测量波长和频率的方法。
二、实验原理当一束平面光波通过液体时，如果液体中存在超声波，则会引起液体的折射率发生周期性变化，形成超声光栅。
类似于普通的光学光栅，超声光栅也能使入射光发生衍射。
假设超声波在液体中的传播方向与光波的传播方向垂直，超声波的波长为λs，频率为fs，波速为vs，则液体中折射率的变化可以表示为：n ＝ n0 ＋Δn sin （Kx ωt)其中，n0 为液体的平均折射率，Δn 为折射率的变化幅度，K ＝2π/λs 为超声光栅的光栅常数，ω ＝2πfs 为角频率。
当平行光垂直入射到超声光栅上时，会产生衍射现象。
衍射条纹的位置与光波的波长λ、超声光栅的光栅常数 K 以及衍射级次 m 有关，可以用光栅方程表示：d sinθm ＝mλ （m ＝ 0，±1，±2，）其中，d 为光栅常数（在超声光栅中即为 K 的倒数），θm 为第 m 级衍射条纹的衍射角。
通过测量衍射条纹的间距和衍射角，可以计算出光波的波长和液体中的声速。
三、实验仪器分光计、超声光栅实验仪、汞灯、望远镜、载物台等。
四、实验步骤1、调整分光计调节望远镜，使其能够清晰地看到叉丝和十字反射像。
调整平行光管，使其发出平行光。
使望远镜和平行光管的光轴都与分光计的中心轴垂直。
2、放置超声光栅和汞灯将盛有液体的超声光栅盒放置在分光计的载物台上。
打开汞灯，使其光线通过超声光栅。
3、观察衍射条纹通过望远镜观察汞灯通过超声光栅后的衍射条纹。
调节载物台，使衍射条纹清晰可见。
4、测量衍射条纹的间距和衍射角转动望远镜，测量各级衍射条纹与中央条纹的间距。
利用游标盘测量各级衍射条纹对应的衍射角。
5、更换液体，重复实验更换不同的液体，重复上述步骤，进行对比实验。
五、实验数据记录与处理1、实验数据记录记录不同液体中各级衍射条纹与中央条纹的间距。
超声光栅测量声速
超声光栅测量声速【实验目的】1、初步了解声光调制的理论2、了解并学习超声光栅声速仪的原理和使用3、利用超声光栅声速仪测量超声波在水中的传播速度【实验仪器】WSG —1型超声光栅声速仪（信号源、液体槽、锆钛酸铝陶瓷片），分光计，测微目镜，低压汞灯【实验原理】当一束平面超声波在液体中传播时，其声压使液体分子作周期性变化，液体的局部就会产生周期性的膨胀与压缩，这使得液体的密度在波传播方向上形成周期性分布，促使液体的折射率也做同样分布，形成了所谓疏密波。
在距离等于波长A 的两点，液体的密度相同，折射率也相同。
超声波在传播时，被液体槽面反射产生反射波，在一定条件下，前进波与反射波叠加会形成纵向的超声驻波。
由于驻波的振幅可以达到单一行波的两倍，这样就加剧了波源与反射面之间液体的疏密化程度。
此时，装置中的液体就等效为液体光栅。
当平行光沿垂直于超声波传播的方向通过上述液体光栅时，就会出现和平行光通过透射光栅的情形类似的衍射现象，类似于光栅，称为超声光栅。
该现象称为超声致光衍射（声光效应）。
sin ,sin kk k L A K fφλφΔ==其中k L 为衍射光谱零级至K 级的距离；f 为透镜的焦距（JJY 分光计170f mm =）。
所以超声波波长： sin k kk K K f fA L L λλλφ===Δ超声波在液体中的传播速度：kf v A L λγγ==Δ式中γ为振荡器和锆钛酸铅陶瓷片的共振频率。
k L Δ为相邻两条同色衍射条纹之间的距离。
【实验内容】1、按分光计的调节方法调节好分光计（具体调节要求有哪些？）2、将待测液体注入液体槽内，使液面的高度恰好与液体槽侧面的高度刻线相等。
3、将液体槽座卡在分光计载物台上，放置平稳后用螺钉锁紧。
4、把液体槽（超声池）放置在液体槽座中，并使超声池两侧的表面垂直于望远镜和平行光管的光轴。
，镜中观察衍射条纹，仔细调节频率微调旋钮，使衍射光谱的级次增多射条纹和读数。
利用超声光栅测量声速 实验报告
实验十七利用超声光栅测量声速一．预习报告。
二．数据处理及分析。
测得T1 = 29°C T2 = 29°C则 T = 29 °C已知λ= 577 nm f = 70 mm由V = λVf∆l k知：为了求速度V 需要知道V和∆l k，由测得的数据表格中，V= 10.81 Hz 而对于∆l k，为了减少误差，利用多次逐差法，对原数据进行数据处理：先求的各个(l|k|-l|k|−1)，数据如表格，然后求出各个(l|k|-l|k|−2)/2，数据如表格，然后求出各个(l|k|-l|k|−3)/3，数据如表格，最后利用∆l k= ∑[(l|k|−l|k|−1)+l|k|−l|k|−22+l|k|−l|k|−33]/15求得∆l k= 0.290 ×10-3 m根据公式V = λVf∆l k= 10.81×577×700.290×10−3m/s= 1505.6 m/s查的：V理= 1500 m/s故：V的相对误差= 1505.6−15001500×100%≈0.373 %2.误差分析。
（1）超声仪器易发热，实验时间长时会使液体温度升高，造成误差。
（2）读数时视觉误差。
（3）衍射条纹较粗，测量时有误差。
（4）信号源的频率不稳定，也会产生误差。
（5）使用的水不是纯净水，钠灯光在水里传播频率会有影响。
三．思考题。
1．超声光栅与平面光栅有何异同？答：超声光栅是由超声波在液体中产生的光栅作用称作超声光栅。
平面衍射光栅是普通的光线衍射光栅。
2．为什么超声光栅的光栅常数等于超声波的波长？答：光栅的原理是利用波的衍射。
发生衍射现象的条件就是入射到光栅的波的波长和光栅常数可比拟。
超声光栅的入射波是超声波，则光栅常数就等于超声波波长。
3．测量谱线的位置时，测微目镜的读数鼓轮为什么只能沿一个方向旋转？答：物理实验仪器中齿轮结构中存在的间隙导致位移传递过程中，只沿着单向移动时是稳定的。
南昌大学超声光栅实验报告
南昌大学超声光栅实验报告南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：超音波光栅学院：专业班级：学生姓名：学号：实验地点：座位号：实验时间：一、实验目的：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，加深对其中声学和光学物理概念的理解二、实验原理：超声波作为一种纵波在液体中传播时，超声波的声压使液体分子产生周期性的变化，促使液体的折射率也相应的作周期性的变化，形成疏密波。
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同的液体时，就会被衍射，这一作用，类似光栅，所以称为超声光栅。
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，相邻波节处变为密集区。
在这些驻波中，稀疏作用使液体折射率减小，而压缩作用使液体折射率增大。
在距离等于波长a的两点，液体的密度相同，折射率也相等，如图一所示。
单色平行光λ沿着垂直于超声波传播方向通过上述液体时，因折射率的周期变化使光波的波阵面产生了相应的位相差，经透镜聚焦出现衍射条纹。
这种现象与平行光通过透射光栅的情形相似。
因为超声波的波长很短，只要盛装液体的液体槽的宽度能够维持平面波（宽度为ι），槽中的液体就相当于一个衍射光栅。
图中行波的波长a相当于光栅常数。
由超声波在液体中产生的光栅作用称作超声光栅。
当满足用户声光喇曼－奈斯绕射条件：2πλι/a<<1时，这种绕射相近于平面光栅绕射，可以得如下光栅方程（式中k为绕射级次，φk为零级与k级间夹角）2在拆开的分光计上，由单色光源和平行光管中的会聚透镜（l1）与调节器狭缝s共同组成平行光系统，例如图二右图。
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超声光栅实验
1．了解超声致光衍射的原理。
2．利用声光效应测量声波在液体中的传播速度。
【实验原理】
光波在液体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），这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。
超声波调制了液体的密度，使原来均匀透明的液体，变成折射率周期变化的“超声光栅”，当光束穿过时，就会产生衍射现象，由此可以准确测量声波在液体中的传播速度。
并且，由于激光技术和超声技术的发展，使声光效应得到了广泛的应用。
如制成声光调制器和偏转器，可以快速而有效地控制激光束的频率、强度和方向，它在激光技术、光信号处理和集成通讯技术等方面有着非常重要的应用。
压电陶瓷片（PZT）在高频信号源（频率约10MHz）所产生的的交变电场的作用下，发生周期性的压缩和伸长振动，其在液体中的传播就形成超声波，当一束平面超声波在液体中传播时，其声压使液体分子作周期性变化，液体的局部就会产生周期性的膨胀与压缩，这使得液体的密度在波传播方向上形成周期性分布，促使液体的折射率也做同样分布，形成了所谓疏密波，这种疏密波所形成的密度分布层次结构，就是超声场的图象，此时若有平行光沿垂直于超声波传播方向通过液体时，平行光会被衍射。
以上超声场在液体中形成的密度分布层次结构是以行波运动的，为了使实验条件易实现，衍射现象易于稳定观察，实验中是在有限尺寸液槽内形成稳定驻波条件下进行观察，由于驻波振幅可以达到行波振幅的两
倍，这样就加剧了液体疏密变化的程度。
驻波形
成以后，某一时刻t，驻波某一节点两边的质点
涌向该节点，使该节点附近成为质点密集区，在
半个周期以后，t+T/2，这个节点两边的质点又
向左右扩散，使该波节附近成为质点稀疏区，而
相邻的两波节附近成为质点密集区。
图1 为在t和t+T/2（T为超声振动周期）
两时刻振幅y、液体疏密分布和折射率n的变化
分析。
由图1可见，超声光栅的性质是，在某一
时刻t，相邻两个密集区域的距离为λ，为液体
中传播的行波的波长，而在半个周期以后，
t+T/2。
所有这样区域的位置整个
漂移了一个距离Λ/2，而在其它时刻，波的现象图1
则完全消失，液体的密度处于均匀状态。
超声场形成的层次结构消失，在视觉上是观察不到的，当光线通过超声场时，观察驻波场
的结果是，波节为暗条纹（不透光），波腹为亮条纹（透光）。
明暗条纹的间距为声波波长的一半，即为Λ/2。
由此我们对由超声场的层次结构所形成的超声光栅性质有了了解。
当平行光通过超声光栅时，光线衍射的主极大位置由光栅方程决定。
λφk k =Λsin （k =0，1，2，……） （1）
光路图如图2所示。
图2 超声光栅实验光路图
实际上由于φ角很小，可以认为：
f l k k /sin =φ （2）
其中k l 为衍射零级光谱线至第k 级光谱线的距离，f 为L 2透镜的焦距，λ为钠光波长，所以超声波的波长
k k l f k k /sin /λφλ==Λ （3）
超声波在液体中的传播速度：
γΛ=V （4）
式中γ为信号源的振动频率。
【实验仪器】
实验装置主要由控制主机（超声信号源）、低压钠灯、光学导轨、光学狭缝、透镜、超声池、测微目镜以及高频连接线组成。
如图3所示。
图3 超声光栅实验装置
【实验过程】
1.将器件按图3放置。
低压钠灯于超声光栅试验仪相连。
2.调节狭缝与透镜L1的位置，使狭缝中心法线与透镜L1的光轴(即主光轴)重合,二者间距为透镜L1的焦距（即透镜L1射出平行光）。
3.调节透镜L2与测微目镜的高度，使二者光轴与主光轴重合。
调焦目镜，使十字丝清晰。
转动测微目镜鼓轮，使可移动的竖直叉丝位于主尺刻度3mm 至5mm 之间。
4.开启电源。
调节钠灯位置，使钠灯照射在狭缝上，并且上下均匀，左右对称，光强适宜。
5.将狭缝调至水平，调节L2位置，使测微目镜中出现一条清晰的水平线。
再调节测微目镜上下或左右位置，使水平线在测微目镜的视场中央。
最后将狭缝转至垂直位置，这时视场中出现一条垂直亮线，且与测微目镜的垂直叉丝重合。
6．将待测液体（如蒸馏水、乙醇或其他液体）注入液槽，将液槽放置于支架上，放置时，使液槽两侧表面基本垂直于主光轴。
7.将高频连接线的一端接入液槽盖板上的接线柱，另一端接入超声光栅仪上的输出端。
8．前后移动液槽，从目镜中观察条纹间距是否改变，若是，则改变透镜L1的位置，直到条纹间距不变。
9．微调超声光栅仪上的调频旋钮，使信号源频率与压电陶瓷片谐振频率相同，此时，衍射光谱的级次会显著增多且谱线更为明亮。
微转液槽，使射于液槽的平行光束垂直于液槽，同时观察视场内的衍射光谱亮度及对称性。
重复上述操作，直到从目镜中观察到清晰而对称稳定的2–4级衍射条纹为止。
10．利用测微目镜逐级测量各谱线位置读数，测量时单向转动测微目镜鼓轮，以消除转动部件的螺纹间隙产生的空程误差（例如：从–3、…、0、…、+3）。
11.自拟数据表格，记录各级各谱线的位置读数，计算第k 级光谱线各谱线至衍射零级光谱线的距离k l 。
12.计算k l 的平均值平均值及总误差。
计算液体中的声速V 及误差ΔV ，写出标准形式 ；并将测出的声速V 与理论值t V 比较，得出百分误差。
【实验数据】
单色光源波长： λ±Δλ＝（589.3±0.3）nm 透镜L2焦距: f ±Δf ＝（157.0±0.4）mm 被测液体: 液体温度t ：
声速理论值： )t α(t V V 00t -+=
测微目镜分辨率： Δls ＝0.01mm 信号频率γ：
信号频率分辨率：Δγ＝0.001MHz
==
k
l f V γ
λ
⎪⎩
⎪⎨⎧=
⨯===±100%V ΔV E %
，P ΔV V
=⨯-=
%100t
t V V V E 表1.衍射级次k 和衍射谱线位置
【注意事项】
1.调节个器件时，注意保持其同高共轴。
2.液槽置于载物台上必须稳定，在实验过程中应避免震动，以使超声在液槽内形成稳定的驻波。
导线分布电容的变化会对输出信号频率有影响，因此不能触碰连接液槽和信号源的导线。
3.压电陶瓷片表面与对面的液槽壁表面必须平行，此时才会形成较好的驻波，因此实验时应将液槽的上盖盖平。
4.在稳定共振时，数字频率计显示的频率应是稳定的，最多只有最末尾有1–2个单位数的变动。
5.实验时间不宜过长，因为声波在液体中的传播与液体温度有关，时间过长，液体温度可能有变化。
实验时，特别注意不要使频率长时间调在高频，以免振荡线路过热。
6.提取液槽应拿两端面，不要触摸两侧表面通光部位，以免污染，如已有污染，可用酒精清洗干净，或用镜头纸擦净。
7.实验时液槽中会产生一定的热量，并导致媒质挥发，槽壁可见挥发气体凝聚，一般不影响实验结果，但须注意若液面下降太多致使压电陶瓷片外露时，应及时补充液体至正常液面线处。
8.实验完毕应将被测液体倒出，不要将压电陶瓷片长时间浸泡在液槽内。
9.计算时，透镜焦距f 为透镜L2的焦距。
10.传声媒介在含有杂质时对测量结果影响较大，建议使用纯净水（市售饮用纯净水即可）、分析纯酒精、甘油等，对某些有毒副作用的媒质（如苯等），不建议学生实验使用，教师教学或科研需要时，应注意安全。
11.仪器长时间不用时，请将测微目镜收于原装小木箱中并放置干燥剂。
液槽应清洗干净，自然晾干后，妥善放置，不可让灰尘等污物侵入。
【思考题】
1.为什么声光器件可相当于相位光栅？
2.怎样判断平行光束垂直入射到超声光栅面？怎样判断压电陶瓷片处于共振状态？ 【附录】 纯净液体中的声速
表中α为温度系数，对于其他温度时的声速可近似按公式)(00t t V V t -+=α计算。