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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划双光栅测弱振动实验报告北京航空航天大学物理研究性实验报告名称：双光栅测弱振动小组成员信息第一作者：周彪第二作者：郑榆山第三作者：张启明目录目录.21.实验要求.42.实验原理.41位相光栅的多普勒位移.42.光拍的获得与检测.53.微弱振动位移量的检测.73.仪器介绍.71.仪器用具.72.光路.84.实验内容.81.连接.82.操作.85.实验注意事项.86.数据处理.91.原始数据列表记录.92.根据原始数据作图并分析.97实验改进.131.光拍信号包络的成因.132.振动光栅衍
2、射光左右边缘正弦变化的原因.153.光拍信号波形的改进.178预习思考题.189实验后思考题.1810.实验后感想.19参考文献.20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。了解双光栅微弱振动测量仪的原理和使用。作
3、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.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:dsin?n?(1)(式中d为光栅常数,?为衍射角,?为光波波长)图1.位相光栅然而,如果由于光栅在y
4、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)。?(t)?2?S?2?vt?sin?(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：?(t)?2?vtn?d=n2?vdt?n?dt(3)式中?d?2?vd0。现把光波写成如下形式:E?Eexpi(?0t?(t)?E0expi(?0?n?d)t(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?a?0?n?d(5
5、)2.光拍的获得与检测光频率甚高，为了要从光频?0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VA移动起频移作用，而光栅B静止不动只起衍射作用,大学物理实验预习报告123物理实验报告实验科目：近代物理实验实验名称：双光栅振动实验院系：数理信息学院班级：学号：姓名：时间：XX年12月7日地点：综合楼B0903双光栅振动实验实验目的: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
6、拍拍频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实验仪测量音叉振动的微振幅实验仪器:双光栅微弱振动实验仪、音叉实验原理:1.静态光栅光垂直入射满足光栅方程：dsin?k?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,?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.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)?(t)?2?v?t3.光拍的获得与检测双光栅弱振动仪的光路简图如图4-42-3所示本实验采用两片完全相同的光栅平行紧贴。B片静止只起衍射作用。A片不但起衍射作用，并以速度v相对运动则起到频移作用。由于A光栅的运动方向与其1级衍射光方向呈?角，则造成衍射后的位相变化为?(t)?将式代入，且k取1级得2?vsin?t?(t)?2?即v?td?(t)?(t0)?2?(s(t)?s(t0)d此路光经B光栅衍射后，取其零级记作E1?E10(?0t?(t)?1)A光栅的零级光因与振动方向垂直，不存在相位变化经B光栅衍射后取其1级。此路光记作E2?E01(?0t?
