Analiza obrazów ugięciowych światła laserowego na fali ultradźwiękowej
Zagadnienia do opracowania.
- Rozchodzenie się fal sprężystych w ośrodkach ciągłych.
- Równanie falowe dla fali dźwiękowej.
- Wytwarzanie fal akustycznych w cieczach.
- Własności kryształów ferroelektrycznych:
- struktura domenowa;
- polaryzacja spontaniczna;
- ruchy domen w zewnętrznym polu elektrycznym.
- Zjawisko piezoelektryczności.
- Nadajnik piezoelektryczny:
- konstrukcja piezoelektrycznych głowic ultradźwiękowych;
- drgania rezonansowe podłużne i poprzeczne przetwornika piezoelektrycznego.
- Oddziaływanie światła z falami ultradźwiękowymi w cieczach.
- Normalne zjawisko ugięcia światła na fali ultradźwiękowej:
- rozkład natężeń światła w widmie ugięciowym;
- teoria Ramana – Natha.
- Wyznaczanie prędkości rozchodzenia się dźwięku na podstawie obrazu dyfrakcyjnego ugięcia światła na ultradźwiękowej siatce dyfrakcyjnej (metoda interferencji pierwotnych).
- Budowa i zasada działania lasera gazowego (na przykładzie lasera helowo-neonowego):
- przejścia promieniste: absorpcja, emisja spontaniczna i wymuszona;
- budowa lasera;
- ośrodek aktywny lasera He – Ne;
- inwersja obsadzeń stanów;
- rezonator optyczny;
- własności światła laserowego.
- Zasada detekcji obrazów w kamerach CCD.
Zestaw przyrządów
- Laser He – Ne (λ = 543 nm).
- Zasilacz lasera.
- Komora pomiarowa z głowicami ultradźwiękowymi (o częstotliwościach 5 MHz i 10 MHz).
- Stolik do umieszczenia komory pomiarowej.
- Generator mocy wysokiej częstotliwości (Agilent 33220A).
- Kamera CCD (JAI Pulnix CM – 140MCL).
- Wzmacniacz mocy.
- Filtr szary (ND = 2.0).
- Ekran z podziałką centymetrową.
- Zwierciadło.
- Miarka centymetrowa.
- Zestaw komputerowy.
Literatura
- A. Śliwiński – „Ultradźwięki i ich zastosowanie”, Wydawnictwo Naukowo – Techniczne,
Warszawa 1993. - R.P. Feynman, R. Leighton, M. Sands – „Wykłady z fizyki”, T.1., Część 2, PWN, Warszawa 2003.
- M. Kwiek, A. Śliwiński, E. Hojan – „Akustyka laboratoryjna”, Część II, PWN, 1971.
- F.C. Crawford – „Fale”, PWN, Warszawa 1975.
- J. Stankowski, A. Graja – „Wstęp do elektroniki kwantowej”, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1972.
- R.I. Sołouchin – „Optyka i fizyka atomowa. Ćwiczenia laboratoryjne”, PWN, Warszawa 1982.
- J. Wehr – „Pomiary prędkości i tłumienia fal ultradźwiękowych”, PWN, Warszawa 1972.
- I.N. Bronsztajn, K.A. Siemiendiajew – „Matematyka. Poradnik encyklopedyczny”, PWN, Warszawa 1970.
- Ch. Kittel – „Wstęp do fizyki ciała stałego”, PWN, Warszawa 1999.
- J. Handerek – „Wstęp do fizyki ferroelektryków”, Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, Katowice 1971.
- A. Kujawski, P. Szczepański – „Lasery”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 1999.
- B. Ziętek – „Lasery”, Wydawnictwo Naukowe UMK, Toruń 2009.
- M. Young – “Optics and Lasers”, Springer 1977.
- G.F. Knoll – “Radiation Detection and Measurement”, Wiley 1979.
- Ch. Kittel – “Introduction to Solid State Physics”, Wiley 2004.
- R.P. Feynman, R. Leighton, M. Sands – “The Feynman Lectures on Physics” , Vol. 1., Part 2., Addison –Wesley, 2005
Analysis of diffraction images of laser light by ultrasonic waves
Background theory
- Propagation of elastic waves in a continuous medium.
- Wave equation for sound waves.
- Production of acoustic waves in liquids.
- Properties of ferroelectric crystals:
- domain structure;
- spontaneous polarization;
- domains movements in an external electric field.
- Piezoelectric effect.
- Piezoelectric transmitters:
- design of piezoelectric ultrasonic probes;
- longitudinal and transversal resonant vibrations of a piezoelectric transducer.
- Interaction of light with ultrasonic waves in liquids.
- Normal deflection of light by ultrasonic waves:
- light intensity distribution of the diffraction spectrum;
- Raman – Nath theory.
- Determining the speed of sound based on the diffraction pattern of light diffracted by an ultrasonic grating (primary interference method).
- Construction and operation of a gas laser (for example, helium-neon laser):
- radiant transition: absorption, spontaneous and forced emission;
- construction of a laser;
- active medium of He – Ne lasers;
- population inversion;
- optical resonators;
- properties of laser light.
- The principle of image detection using CCD cameras.
Apparatus
- He – Ne laser (λ = 543 nm).
- Laser power supply.
- Measuring chamber with ultrasound heads (with frequencies 5 MHz and 10 MHz).
- Table for mounting the measuring chamber.
- High frequency power generator (Agilent 33220A).
- CCD camera (JAI Pulnix CM – 140MCL).
- Power amplifier.
- Grey filter (ND = 2.0).
- Screen with centimetre scale.
- Mirror.
- Ruler.
- Computer.
Literature
- M. Young – “Optics and Lasers”, Springer 1977.
- G.F. Knoll – “Radiation Detection and Measurement”, Wiley 1979.
- Ch. Kittel – “Introduction to Solid State Physics”, Wiley 2004.
- R.P. Feynman, R. Leighton, M. Sands – “The Feynman Lectures on Physics”, Vol. 1., Part 2., Addison – Wesley, 2005.
Dodaj komentarz
Chcesz się przyłączyć do dyskusji?Feel free to contribute!