超声光栅测声速的方法运用到液体表面波波速的测量

理论上分析了超声光栅衍射和液体表面波光栅衍射,得到了表面波光栅衍射图样与表面波参数的解析关系.实验上得到清晰的衍射图样,利用表面波光栅衍射法测量了液体表面波波速,实验结果与理论值误差不超过1%.     

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。     

多振源低频液体表面波声光效应研究

同时利用两个振源,在液体表面上产生两列低频表面波,实现了多振源条件下表面声光效应,观察到清晰、稳定、反衬度高的声光衍射条纹.当引起两列表面波的两个振源频率具有倍数关系时,声光衍射条纹的极大值位置与较小频率的振源单独存在时所产生表面波的极大值位置相同,与较大频率的振源单独存在时所产生表面波的极大值位置部分相同.当引起两列表面波的两个振源频率不具备倍数关系时,不仅观察到单振源的衍射条纹,而且也观察到了双振源的干涉条纹.理论上得到多振源衍射光场和表面波波长、振幅之间的解析表达式,理论规律与实验结果吻合较好.     

液体对微振动的放大效应

根据表面波声光效应的原理,实验上建立了固体表面微振动的激光衍射测量系统.当激光斜入射到微振动引起的液体表面波上,观察到了清晰、反衬度非常高的衍射图样.利用MATLAB软件对拍摄的衍射图样进行扫描,得到了衍射光斑的光强分布图,并根据衍射图样宽度与表面波振幅的解析关系式,求出了液体表面波的振幅,其大小在微米量级.改变样品池中液体的深度,测得不同深度下液体表面波的振幅,给出了表面波振幅与液体深度之间的解析关系,并发现了液体对微振动的放大效应.利用液体对微振动的放大效应,求出了固体表面微振动的振幅,实现了固体表面微振动的探测.     

液体对微振动的放大效应

根据表面波声光效应的原理,实验上建立了固体表面微振动的激光衍射测量系统.当激光斜入射到微振动引起的液体表面波上,观察到了清晰、反衬度非常高的衍射图样.利用MATLAB软件对拍摄的衍射图样进行扫描,得到了衍射光斑的光强分布图,并根据衍射图样宽度与表面波振幅的解析关系式,求出了液体表面波的振幅,其大小在微米量级.改变样品池中液体的深度,测得不同深度下液体表面波的振幅,给出了表面波振幅与液体深度之间的解析关系,并发现了液体对微振动的放大效应.利用液体对微振动的放大效应,求出了固体表面微振动的振幅,实现了固体表面微振动的探测.     

低频液体表面波衍射条纹的不对称性

实验上实现了低频液体表面波的光衍射,当表面波波长远大于入射光波波长时,得到了稳定、清晰的衍射图样,并首次发现了衍射条纹具有明显的不对称分布.理论上对表面波衍射的近似条件进行了分析,得出了各级衍射条纹角宽度的解析表达式,解释了衍射条纹的非对称分布.衍射图样的不对称分布具有普遍规律,可观察的明显程度与表面波的波长和光波波长的比值有关,在能观察到衍射效应的条件下,当表面波波长远大于光波波长,非对称分布越明显,当表面波波长远接近光波波长时,衍射条纹可近似的看成是对称分布的.     

光学测试 材料光学性能测试与设备

TB962006010677用光学方法测量液体的物理参数=Optical measurement inphysical parameter of liquid[刊,中]/杨宗立(陕西师范大学物理学与信息技术学院.陕西,西安(710062)),苗润才∥光学技术.—2005,31(5).—729-731,735就液体表面声波对入射光波的衍射进行了研究。实验发现,激光束照射在振动的液面上,表面波对入射光可产生衍射;插入液体里的金属细丝被拉出液面时,由于液体的润湿效应,其周围的液体拉伸一定高度而断裂。以上两种实验现象机理可用于液体表面张力系数的测定。激光经小孔透射样品池中的液体介质,在液体上表面发生遮光效应,根…     

用光学方法测量液体的物理参数

实验发现,激光束照射在振动的液面上,表面波对入射光可产生衍射;插入液体里的金属细丝被拉出液面时,由于液体的润湿效应,其周围的液体拉伸一定高度而断裂。以上两种实验现象机理,可用于液体表面张力系数的测定。激光经小孔透射样品池中的液体介质,在液体上表面发生遮光效应,根据其机理,建立了一种测量液体折射率的新方法。     

衍射法测量低频液体表面波的衰减系数

提出了一种可用于几百赫兹低频液体表面声波研究的激光衍射法测量新技术。在实验上采用入射光掠入射到表面波上在远场得到了中间亮,两边暗的高反衬度的衍射条纹,实验中发现对频率为几百赫兹的低频衰减液体表面波,当移动振源改变激光入射点与振源间距离时发现零级条纹消失,这意味着此时的衍射效率接近100%。在理论上给出了衍射光强度与表面波振幅的解析关系,并利用所提出的新技术实现了对几百赫兹液体表面波的衰减系数的实时测量。     

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.     

水下声辐射激励水表面声波的特征参数测量

采用激光干涉方法对水下声辐射激励水表面声波的特征参数频率和振幅进行了测量研究。从理论上对水表面声波激光相干测量信号的频谱构成进行了分析,在此基础上提出了水表面声波两个重要声学参数频率和振幅的解算方法,并通过数值仿真进行了验证。搭建了一套简单的激光干涉测量实验系统,对不同频率和声压激励的水表面声波进行了测量实验,验证了水表面声波频率和振幅解调方法的准确性。对水表面声波横向传播的振幅衰减现象进行了初步的实验研究,结果表明水表面声波的频率越高,振幅的横向衰减越快。研究表明激光相干检测方法能够准确地实现水表面声波振幅和频率的测量。      

液体表面波光栅的研究

在液体表面形成的一维正弦形表面波,作为一种理想的反射式光栅,称之液体表面波光栅.本文通过它对激光束的衍射,研究液体表面与界面的物理特性.     

Isolated attosecond electron wave packet diffraction

Wave-particle duality is one of the most fundamental and mysterious natures of matters.Here,we present an interesting scheme of isolated electron wave packet diffraction with a few-cycle laser pulse and an extreme ultraviolet (XUV) pulse.The diffraction fringes are clearly present in the laser dressed XUV photoelectron spectra,strongly resembling the Airy diffraction pattern of optical waves.This phenomenon suggests a great potential of attosecond diffractometry.According to this scheme we also propose a simple method to determine the XUV pulse duration from the photoelectron spectra with a rather high resolution.     

Laser ultrasonic anomalous wave propagation imaging method with adjacent wave subtraction: Algorithm

The anomalous wave propagation imaging (AWPI) method is proposed for the laser ultrasonic propagation imaging system using a Q-switched laser and a laser mirror scanner to highlight the anomalies in complex structures. The AWPI algorithm was developed based on the observation that the waves from two adjacent scanning points are very similar, and that the propagation direction of the incident wave is different from that of the anomalous wave caused by structural anomalies including damage. The structural anomaly is highlighted by suppressing the incident waves and exaggerating the anomalous wave through adjacent waves subtraction after arrival time and amplitude matching. The variable time window amplitude mapping (VTWAM) method was also developed, based on the difference in arrival time between the residual incident wave and anomalous waves. The VTWAM method enhances anomaly visualization and sizing, notably for composite damages, by mapping the amplitudes of the confining wave within the damage. Our results showed that the AWPI increased the signal-to-noise ratio of a back-surface hole damage in a steel plate by 13.76 dB, while in another inspection of a composite wing with two impact damages, the AWPI results enhanced by the VTWAM compared favorably with the results of the immersion ultrasonic C-scan. The AWPI and VTWAM adopt implicit spatial referencing wherein all necessary data can be obtained through a single-time scan, therefore circumvent the disadvantages of conventional temporal baseline referencing.     

Laser ultrasonic surface wave inspection of alumina ceramics of varying density

In this paper, the surface acoustic wave velocity results acquired from the inspection of specially manufactured and characterised alumina ceramic materials are presented. Ultrasonic velocity data of alumina-based ceramics in the range 60-100% theoretical density was generated utilising non-contacting laser-ultrasonic measurements based on laser generation and detection of surface acoustic waves with the objective of creating a routine technique for industrial advanced alumina inspection. With linear fitting the surface acoustic wave velocity data serves as a calibration graph for using laser ultrasonics for routine monitoring of alumina. A second laser ultrasonic technique based on the laser generation and foil transducer detection of surface acoustic waves was used to validate the surface acoustic wave velocities measured by the laser generation/detection technique.     

小振幅低频液体表面波的光学干涉效应的研究

实验上实现了频率为几十赫兹的低频液体表面波的光干涉调制研究,得到了稳定、清晰的干涉图样。理论上对表面波干涉现象进行了分析,得出了条纹分布的解析表达式,较合理的解释了干涉图样的分布现象。该方法适用于低频液体表面波的特性研究,通过分析实验图样,可以对液体的表面张力等特性参数进行研究。     

Splitting the surface wave in metal/dielectric nanostructures

We investigate a modified surface wave splitter with a double-layer structure, which consists of symmetrical metallic grating and an asymmetrical dielectric, using the finite-difference time-domain (FDTD) simulation method. The metal/dielectric interface structure at this two-side aperture can support bound waves of different wavelengths, thus guiding waves in opposite directions. The covered dielectric films play an important role in the enhancement and confinement of the diffraction wave by the waveguide modes. The simulation result shows that the optical intensities of the guided surface wave at wavelengths of 760-nm and 1000-nm are about 100 times and 4～5 times those of the weaker side, respectively, which means that the surface wave is split by the proposed device.