低频声表面波对细激光束的衍射效应

对于频率为几十赫兹的液体表面声波,实验上观察到反射光所形成的稳定、清晰的激光干涉图样.改变表面声波振幅,进一步发现了干涉图样的调制效应.调制效应明显地表现为干涉条纹的缺级,并且随表面声波振幅变化.依据波动光学原理,分析了调制作用下光束干涉所产生的光强解析分布及条纹特征,得到了干涉条纹角宽度与表面声波之间的解析关系,并据此对表面声波的特性参量波长和振幅及各级条纹相对光强分布规律进行了测定.     

干涉法测量低频表面波的衰减系数

对于频率为几十赫兹的低频衰减液体表面波,结合激光干涉法和激光扫描法,实验得到反衬度很高的调制干涉图样,理论上给出了干涉图样的条纹宽度,条纹分布范围与表面声波振幅之间的解析关系,实时测量了液体表面波的衰减系数.     

多光束激光干涉光刻图样

利用电磁理论,研究了多光束激光干涉图样的产生原理,结合计算机数值模拟和相关实验结果,分析了干涉图样的影响因素.研究结果表明:多光束激光干涉图样可以看成是多组余弦分布的平行线条纹的叠加;相干光束的偏振方向、入射方向、光束间相位差是干涉图样的重要影响因素,改变这些因素,余弦分布的平行线条纹的振幅、位置、周期和方向发生变化,...     

双向剪切干涉法测量高斯光束远场发散角

对双向剪切干涉理论和高斯光束传输特性进行了研究.提出了一种测量高斯光束远场发散角的方法：利用双向剪切干涉仪分别在激光传输路径上两个特定位置测出波前曲率半径,然后由曲率半径得出发散角.通过理论推导建立了相应的检测模型,并对模型进行了实验验证.实验测量和误差分析表明该方法的测量准确度能达到10″;发散角测量准确度的主要影响因素为干涉条纹宽度测量误差.     

单色扩展光源杨氏双缝干涉可见度的理论模拟

杨氏双缝干涉实验中, 在理想单色扩展光源照射下, 干涉条纹的可见度不仅仅和光源宽度有关. 本文 理论模拟了理想单色扩展光源照射情况下光源宽度、 狭缝间距离等多项因素对干涉图样可见度的影响, 模拟结果 有助于学生对单色扩展光源干涉图样清晰程度的理解和掌握     

完美涡旋光拓扑荷的原位测定

为了实现对完美涡旋光拓扑荷的快速测定,提出了一种同轴干涉测定方法,其基本思路是利用一个空间光调制器同时调制产生完美涡旋光与球面波,调制球面波的发散角使两者发生干涉,利用干涉条纹数来实现拓扑荷数的直接快速测定.理论模拟和实验测定结果表明,利用该方法得到的干涉条纹可以测定完美涡旋光的拓扑荷,包括大小与符号.进一步,利用该方法测量了完美涡旋光阵列与球面波的干涉图样,实现了对每个完美涡旋光的拓扑荷的快速测定.该原位测定方法简单、有效,对于利用完美涡旋光实现轨道角动量控制和信息编码等应用具有参考意义.     

自相关在双向剪切激光准直检校中的应用

对基于双向剪切干涉的激光准直检校方法进行了研究.采用CCD对干涉条纹进行采集,提出了用自相关比较条纹宽度的方法,解决了人眼直接观察会引入主观判断误差且不适用于非可见光的问题.理论分析和实验表明：条纹灰度分布的自相关函数会以条纹宽度值为周期出现峰值;比较两半场条纹自相关函数峰值出现的位置即能得知入射激光的准直与否.     

基于点光源的迈克耳孙干涉实验条纹的机理分析

一般国内的大学物理和大学物理实验教材都只介绍干涉圆条纹和直线干涉条纹,用迈克耳孙干涉仪可以调制出椭圆和双曲线干涉条纹;但对条纹形成的理论推导很少涉及．本文根据点光源双光束干涉理论,分析基于点光源照明的迈克耳孙干涉实验中所产生的各种可能的干涉条纹：双曲线形干涉条纹、圆形干涉纹、椭圆形干涉纹及直线形干涉纹的形成条件．本文也对等倾干涉条纹、等厚干涉条纹与既非等倾也非等厚干涉条纹的机理进行分析和比较．通过对每一种干涉图样的解析分析和比较,旨在对迈克耳孙干涉实验有更全面和更深刻的了解．     

关于双棱镜装置所得到的图样

在不考虑衍射效应的理想情况下,双棱镜在远处屏上小范围视场内的干涉图样是一组平行、等间距、明暗相间的直条纹,光强分布与干涉级次无关.然而实际上双棱镜干涉实验所得到的图样如图1所示,是受到对称型直边衍射所调制的干涉图样. 为在一块双棱镜上得到具有对比性的两种图样,我们如图2所示,挡去双棱镜左侧棱镜的上方一小部分来进行实验.这样就得到如图3所示的图样.很显然,图3中上半部分是一直边衍射图样,而下半部则是受到对称型直边衍射调制的干涉图样.关于双棱镜装置所得到的图样@彭秀华$沙市江汉石油学院     

从平面波的线性干涉到涡旋光的角向干涉

依托中学生“英才计划”课题，以光场调控技术为选题，开展了从平面波线性干涉到涡旋光角向干涉演化过程的实验教学.从理论上模拟了涡旋光束与平面波的相干叠加，通过数值分析确认了拓扑荷数与干涉条纹的关系.实验上利用螺旋相位板制备涡旋光束，并采用马赫-曾德尔干涉法观测光强分布图.结果表明：涡旋光束与平面波的相干叠加，可以视为在线性干涉图样中移入与拓扑荷数相关的叉型条纹；而具有相反拓扑荷数的涡旋光束的角向干涉图样，则呈现与拓扑荷数相关的角向干涉条纹.     

The measurement of ultraweak liquid surface wave by laser interferometry

We describe a simple experiment on the interference of refraction light by ultraweak liquid surface wave at low frequency. The surface wave profile is generated by electrically driven vertical oscillations exciters. The high visibility and stable laser interference fringes were gathered experimentally. The theoretical light intensity distribution agrees well with the observations. In particular, we show the relation between the light intensity distribution and the characteristic features of the surface wave. In addition, we can measure the amplitude and wavelength of the ultraweak liquid surface wave at low frequency by this means.     

干涉亮条纹强度的不均匀分布

建立了低频液体表面声波的激光干涉测量系统,实验上不仅得到了清晰、稳定的干涉条纹,而且首次发现干涉条纹的强度分布具有空间不均匀性,干涉条纹被限定在一定的空间区域内,中心干涉条纹强度最小,向两边强度逐渐增大,在两边界位置达到极大.根据波动光学原理,得到了干涉条纹分布的解析表达式,并给出了低频表面波振幅、波长与干涉条纹空间限度、干涉条纹间距的数学表达式.理论规律与实验结果吻合较好.     

低频液体表面波激光衍射条纹的特征

用激光衍射法实现了低频液体表面波稳定、清晰、反衬度非常高的条纹,并发现了缺级现象.理论上分析了表面波的光衍射效应,得到了衍射光场和表面波之间的解析表达式,表达式包括衍射因子和干涉因子.通过对衍射因子和干涉因子的分析,得到衍射条纹空间分布与表面波波长的关系、条纹的半角宽度与入射激光光斑覆盖表面波的个数和入射方向的关系、衍射光强度与表面波振幅的关系,并解释了条纹缺级现象.     

Nonlinear periodic waves on the charged surface of a finite-thickness ideal liquid layer

In the fourth order of smallness in the amplitude of a periodic capillary-gravitational wave travelling over the uniformly charged free surface of an ideal incompressible conducting liquid of a finite depth, analytical expressions for the evolution of the nonlinear wave, velocity field potential of the liquid, electrostatic field potential above the liquid, and nonlinear frequency correction that is quadratic in a small parameter are derived. It is found that the dependence of the amplitude of the nonlinear correction to the frequency on the charge density on the free liquid surface and on the thickness of the liquid layer changes qualitatively when the layer gets thinner. In thin liquid layers, the resonant wavenumber depends on the surface charge density, while in thick layers, this dependence is absent.     

声速测量及声波干涉演示仪器的研制

本介绍了声波干涉、反射的两种物理演示仪器的研制,一种是通过调节波导管中液面的高度形成驻波,实现对声速的测量;另一种是由一个信号发生器驱动两个扬声器,这两个相干的声源在自由空间中形成强弱变化的声波干涉。本分别介绍了这两种装置的原理、制作及使用效果。     

基于衍射条纹非对称性的表面波衰减系数的测量

通过采用将入射光掠入射到频率为几百赫兹的衰减低频液体表面波上,观察到了清晰的间距分布具有明显非对称性的衍射条纹。当入射光掠入射到低频液体表面上时,衍射图样非对称分布具有普遍性。理论上得到了考虑表面波衰减影响后观察屏处衍射光强分布的解析表达式。理论结果表明:衍射图样的这种非对称分布与衍射级次、入射光波波长、液体表面波波长及表面波衰减系数有关;正负级次衍射亮条纹距离中央零级亮条纹的间距体现表面波衰减信息;正衍射级次之间以及负衍射级次之间的条纹间距体现表面波波长信息。利用所提出的方法实现了对几百赫兹液体表面波的衰减系数的实时便捷测量。     

干涉高斯光诱导的表面等离子激元驻波场的分析

考虑到实际入射光强的空间分布不均匀,基于Kretschmann模型并采用角谱方法分析模拟了两束高斯光干涉诱导表面等离子激元(SPP)驻波场。与理想平面波不同,高斯光诱导的SPP干涉条纹幅值大小不等,分布复杂,这表明光强空间非均匀程度会严重地影响到曝光深度的分布。还分析了金属薄膜的厚度、损耗以及光刻胶的介电常数对SPP驻波场的影响,并得出不恰当的金属板厚和细微损耗都会极大削弱SPP驻波场,而如果光刻胶的介电常数过大则有可能产生不了表面等离子体共振的结论。     

Modulated interference of reflected light from a liquid surface wave at tens Hertz frequencies

An analytic intensity expression of the reflected light from a liquid surface with acoustic wave at a few tens Hertz was derived. The expression displays a distinct modulated oscillation. Meanwhile high visibility and modulated interference fringes were obtained experimentally. Line scans across the reflection patterns indicate that the theory predication is well consistent with the experimental data. Moreover, a practical technique can be developed, based on this study, to determine the wavelength and amplitude of the SAW at these frequencies as well as the dynamic surface tension.     

Stroboscopic holographic interferometry of vibration with space-variant phase

A method employing pulsed illumination for the holographic analysis of vibration with space-variant phase is described. Superimposition of two stroboscopically recorded interference patterns to get the amplitude and the phase of vibration at the intersections of fringes is suggested. Contour maps of these two quantities over the entire object surface can then be prepared by interpolation. Detailed solutions are presented for single and double frequency vibrations.