激光双光栅法测量微小位移

激光双光栅法测量微小位移

一、实验目的

1. 

熟悉一种利用光的多普勒频移形成光拍的原理，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。

二、实验仪器

示波器

,

双光栅微弱振动测量仪。

三、实验原理

当移动光栅相对静止光栅运动时，若有一激光束通过这样的双光栅，便能

产生光的多普勒效应。

由于光频率甚高，

因此必须采用

“拍”

的方法进行测量，

即把频移和非频移的两束光互相平行叠加使之形成光拍，

再通过光电检测器检

测，取出差频讯号，就可以精确测定微弱振动的位移。

   1.

位相光栅的多普勒频移：

所谓位相物体就是指那些只有空间的相位结构，而透明度是一样的透

明体。位相物体只能改变入射光的相位，而不影响其振幅。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，

如图

4- 

-1

所示，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

（

4--1

）式来表示：

d

n

sin







（

4- -1

）

式中

d

为光栅常数，



为衍射角，



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

方向移动。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

4- -2

。