激光衍射法测量液体粘滞系数

对频率为几百赫兹的低频液体表面波,当激光束照射在表面波上,可以产生清晰的光衍射效应.基于这种低频液体表面波的光衍射效应,提出了一种测量液体粘滞系数的光学方法.理论上导出了粘滞系数与表面波衰减系数和表面波波矢量之间的解析关系,进一步给出表面波衰减系数和波矢量与衍射图样的关系;实验上给出了测量装置,观察到高清晰稳定的液体表面波衍射条纹,衍射图样随表面波传播距离的变化,衍射条纹强度随表面波传播距离的变化,得到了表面波衰减曲线,最后测得水的粘滞系数为(0.746±0.0195)×10-3N*m/s2,与传统的毛细管法相比,本方法具有实时、无损、非接触的优点.     

低频液体表面波衍射条纹的不对称性

为了对低频液体表面波衍射条纹强度及位置进行分析,用低频信号发生器驱动振子,产生稳定的液体表面波,一束激光照射液面,表面波对光形成了位相型光栅,产生了清晰的衍射图样.过中心沿水平方向对衍射图样进行线性扫描,得到了衍射条纹强度随位置的变化曲线及各级衍射条纹的中心位置及强度值,发现了衍射条纹强度及位置具有明显的不对称分布.理论上给出了衍射条纹强度与表面波之间的关系,并且对衍射条纹位置的近似条件及半角宽度进行分析,分别解释了在斜入射的情况下衍射条纹位置及强度的不对称分布.理论上推导出在垂直入射的情况下,衍射条纹的位置及强度是对称分布的.理论与实验结果比较吻合.     

可调相位型液体表面波衍射光栅效应的研究

为了研究可调相位型液体表面波光栅的衍射效应,采用低频信号发生器驱动振子、激发产生液体表面波的实验方法,得到了清晰、稳定的衍射图样,观察到衍射条纹间距随着液体表面波频率的改变而改变.并且在特定频率输出条件下,改变表面波振幅,可以得到衍射条纹的缺级现象.根据物理光学理论,周期性振动的表面波可以视作为一相位型光栅,对入射光进...     

低频液体表面波的光衍射及衰减特性的研究

为了研究液体表面波的衰减特性,采用激光衍射法,对液体表面波的振幅和传播距离之间的关系进行了实验取证和理论分析.实验结果表明,液体表面波的振幅随传播距离的增大而按指数型规律减小,并具有明显的色散效应,衰减系数液体表面波的随频率线性增大.这一结果对液体表面波的检测和应用是有价值的.     

激光衍射法测量表面波的衰减系数与频率的关系

对于频率为几百赫兹的液体表面波,实验上观察到稳定、清晰、反衬度非常高的衍射图样.理论上得到了衍射条纹间距、表面波波矢量与衰减系数之间的解析关系,并建立了表面波衰减特性的检测方法和实验装置.观察到表面波的衰减效应及衰减系数的色散效应,结果表明衰减系数随频率几乎成线性关系,与理论值吻合.     

低频液体表面声波的光衍射效应研究

实验上采用频率为200Hz左右的低频液体表面波,其表面波波长约为2mm,观察到了清晰、稳定的衍射图样.并发现入射光掠入射时,其衍射图样非对称分布.理论上采用傅里叶光学的方法,得到了衍射光强度分布的解析表达式,根据这一表达式和实验上得到的衍射图样,可以得到表面波波长的实验测量值.提出了等效光栅常数的概念,等效光栅常数与表面波波长和入射方式有关.只要等效光栅常数与入射光波波长量级接近就可观察到衍射现象.理论上分析了衍射条纹对称性.光斜入射时,衍射条纹相对零级纹呈非对称分布,且随着入射角的增大,非对称分布的程度越大.     

基于激光多普勒效应的液体表面波探测研究

为了对低频液体表面波的频率和振幅进行测量,利用多普勒相干测速的工作原理,提出了一种液体表面散射激光与参考光相干涉的检测方法。对此进行了理论分析,得到了多普勒频移与液体表面波振幅之间的解析关系式,并利用贝塞尔函数分析了频谱分析图中解调出低频液体表面波频率的可行性,设计并实现了一套液体表面波多普勒相干检测的实验装置。结果表明,能够实时准确探测10Hz～40Hz的液体表面波参量,该方法为低频液体表面波的探测提供了新思路。     

基于激光衍射的液体物性参数测量实验装置研制

液体毛细波的波矢和振幅反映了液体的表面张力以及粘滞特性,将表面波等效为反射型光栅,其波矢和振幅可通过一束激光的衍射信号测得,从而得到液体的表面张力系数和粘滞系数。基于此原理,文中搭建了光学测量液体表面张力系数和粘滞系数的实验教学装置。装置通过引入频率可调的机械振子以及PID(proportion integral differential)温控模块,实现了变参数测量;对衍射光斑信号使用了边缘探测和类“质心”算法以确定光斑的中心位置和光斑强度,测量了不同温度的水以及不同浓度的酒精的表面张力系数和粘滞系数,验证了实验装置的精确性,表明该装置适合于实验教学推广。     

激光探测表面波信息

实验上建立了测量液体表面波振幅的激光检测系统。实验中CCD每隔0．0625s采集一次图样。利用计算机软件扫描、分析采集到的图样,求出了液体表面波的振幅。对于一定深度的液体,研究了液体表面波上升时的动态过程,结果表明,表面波上升过程中其振幅随时间呈指数规律增大,计算得到上升系数。     

低频激发条件下液体表面波特性及表面波激光干涉测量

对于低频激发的液体表面波,提出了一种激光干涉测量方法,并在实验上观察到了清晰的干涉图样,且干涉条纹定域在一定的空间范围.当表面波激发源频率为几十赫兹时,其表面波参数稳定不变,且表面波反射光所形成的干涉图样稳定不变;而当表面波激发源频率为几赫兹至亚赫兹频段时,表面波为调幅波.表面波反射光所形成的干涉条纹的定域宽度周期性振荡,振荡频率与激发频率相同.理论上导出了调制干涉图样光强度与表面声波之间的解析关系,并得到了干涉条纹间隔与表面波波长、干涉条纹定域宽度与表面波振幅之间的解析关系.     

低频水下声信号衍射光场的探测

为了探测几十赫兹的低频水下声信号,采用一种光学测量方法,建立了低频水下声信号的光学探测系统。当未扩束的激光束照射到受水下声信号调制的液体表面时,液体表面相当于位相型光栅,观察到了稳定、清晰的衍射图样,衍射图样呈非对称分布。得到了衍射光强分布的解析表达式,解释了在斜入射的条件下衍射图样位置及强度的非均匀分布和在垂直入射条件下,衍射光场的均匀分布,理论和实验比较吻合。结果表明,在激光束斜入射条件下,衍射图样的位置及强度是非均匀分布的。     

掺杂Sm_2O_3的向列相液晶TEB30A光栅衍射特性研究

基于光学琼斯矩阵理论,研究掺杂Sm_2O_3的向列相液晶TEB30A在弱磁场中的光栅衍射特性。结果表明,自然光通过处在弱磁场中的适量配比的Sm_2O_3/TEB30A样品后,会在远场产生衍射条纹,且衍射条纹会随外磁场强度的增加而出现动态的变化。产生衍射条纹是由于适量的Sm_2O_3的掺杂,使得向列相液晶TEB30A的折射率各向异性Δn沿外磁场方向呈现周期分布,形成了液晶光栅;当外磁场强度发生变化时,处在外磁场中的Sm_2O_3粒子和液晶分子的分布会随之发生变化,导致Δn沿外磁场分布的周期发生变化,从而引起液晶光栅常数发生变化,因此,衍射条纹呈现出动态变化的效应。模拟结果表明,当外磁场强度由0.464 9T增加到0.518 5T时,液晶光栅常数由0.5cm降到0.4cm。这一技术研究方法将大大降低液晶光栅的成本,同时,弱磁场环境也为使用者提供了一种安全的使用环境。     

激光衍射法测量液体的表面波速度和表面张力

实验上实现了低频液体表面波的激光衍射,提出了激光衍射法测量几百赫兹液体表面波的相速度、群速度和液体的表面张力.当激光斜入射到几百赫兹的液体表面波上,反射的激光产生稳定、清晰的衍射光斑,理论上导出了衍射光斑的角宽度与液体表面波速度的解析关系,实验上测得几百赫兹液体表面波的相速度和群速度,并测量了液体的表面张力.根据其机理,建立起一种实时、非接触的测量液体表面波的相速度、群速度和表面张力的实用方法.     

激光衍射法测量表面张力和表面压

实验上实现了低频液体表面波的激光衍射,提出了激光衍射法测量液体表面张力和表面压。当激光斜入射到几百赫兹液体表面波上,观察到反射光形成稳定的、清晰的衍射光斑。理论上导出了衍射光斑的角宽度和表面波波长的解析关系,实验上验证了液体表面波的色散关系,计算了蒸馏水的表面张力和蒸馏水中加入不溶性表面活性剂———“苯”单分子膜的表面压。根据其机理,建立起一种实时、非接触测量液体表面张力和表面压的实用方法。     

利用衍射理论对基模高斯光束进行整形

为了获得在液晶修复技术中所需要的光束质量好、能量分布比较均匀的矩形光束,提出了一种新的光束整形系统.在这个系统中,通过对光阑后不同位置衍射效应的理论分析和计算,获得相应的衍射光斑图样,再利用4f像传递系统对理想的光斑图样进行提取和传递,经过扩束聚焦之后,用于加工样品,并设计了相应的实验装置来验证这种系统的可行性.研究结...     

幂函数分布的振幅型光瞳滤波器

为了提高衍射远场显微成像的分辨率,采用一种振幅透过率随半径呈幂函数分布的光瞳滤波器进行了理论分析和数值模拟。通过在光路中加入幂函数分布的振幅型光瞳滤波器,利用标量衍射理论推导出夫琅禾费衍射分布的计算公式;通过MATLAB软件给出衍射图样,对比衍射分布的主瓣宽度。结果表明,当幂次数为3时,模拟仿真的衍射分布斯特雷尔比为0.16,最大旁瓣强度比为0.1,分辨参量为0.76,分辨率提高倍数为1.3;随着振幅透过率幂次数的增加,主瓣宽度依次减小;同时也伴随着主瓣强度降低和旁瓣强度增大的缺点。这一研究对于远场光学显微镜实现超分辨成像是有帮助的。