Диффракция света на ультразвуковых волнах

Фиг. 205. Оптическая установка для наблюдения диффракции света на ультразвуковых волнах.

По Бергману 1230—2321, явление диффракции света на ультразвуковых волнах может быть [c.170]

При изучении диффракции света на ультразвуковых волнах особый интерес представляют отдельные вопросы, имеющие большое значение для теоретического истолкования всего явления в целом. Прежде всего обращает на себя внимание то обстоятельство, что диффракционные спектры высших порядков часто имеют значительно большую интенсивность, чем это можно было бы ожидать согласно законам диффракции на оптической решетке. Затем можно отметить нерегулярное изменение распределения интенсивностей в спектрах высших порядков при изменении направления падения лучей света или длины световой [c.174]

Бергман 1242] и позднее Рау [16881 экспериментально доказали возможность многократной диффракции света на ультразвуковых волнах в жидкости. На фиг. 214,а дана диффракционная картина, относящаяся к случаю прохождения монохроматического света через ультразвуковую волну с частотой Д =1465 кгц в ксилоле. Интенсивность ультразвуковых колебаний была выбрана таким образом, чтобы на спектре были видны линии второго порядка. На фиг. 214,6 дана аналогичная картина, полученная для звукового столба такого же поперечного сечения и частоты /з =9760 кгц. Если теперь в том же [c.175]

Возможность диффракции света на ультразвуковых волнах в воздухе была впервые доказана Бэром [148] при частоте ультразвука [c.178]

В своих двух дальнейших работах [1661, 1662] Раман и Нат развили и обобщили теорию диффракции света на ультразвуковых волнах. Решение волнового уравнения для случая распространения света в среде с коэффициентом преломления, изменяющимся во времени и пространстве, и представление световой волны с гофрированным фронтом, выходящей из звукового поля, в виде бесконечного количества плоских волн с различными направлениями распространения, дает возможность получить при помощи разложения Фурье правильные значения углов диффракции и приведенных выше в этом пункте частот Допплера как для стоячей, так и для бегущей волн. Из этой теории следует, по- мимо существования фазовой решетки, также наличие амплитудной решетки, не вытекающее из первой приближенной теории отсюда неизбежна асимметрия в распределении интенсивности диффракционных спектров справа и слева от главного максимума, возникающая при косом падении лучей света. Нат [1399, 14001 решил при помощи разложения в ряд дифференциальное уравнение для случая, когда периодическое изменение коэ ициента преломления представлено простой синусоидальной функцией. [c.189]

Отметим еще одно обстоятельство. Выше уже говорилось о попытках Бриллюэна [3681 объяснить явление диффракции света на ультразвуковых волнах селективным отражением под углом Брэгга от фронтов звуковых волн то же пытались сделать Дебай и Сирс в своих первых работах. Хотя это ведет к получению правильных значений углов диффракции, однако большая интенсивность спектров высшего порядка не может быть в этом случае объяснена. Дело в том, что при медленных изменениях коэффициента преломления на расстоянии, равном длине световой [c.189]

Многократная диффракция света на ультразвуковых волнах 173—175, 203, 353 Модули пьезоэлектрические 65 Модуль сдвига 341, 343 [c.718]

Аппаратура. Установка для получения диффракции света на ультразвуковых волнах показана на фиг. 24 [10]. Пучок света от [c.48]

Выше рассматривались способы обнаружения звуковых волн при помощи оптических эффектов, основанных на диффракции или преломлении света на ультразвуковых волнах. Укажем еще несколько способов, при которых звуковые волны служат для получения изображения источника звука или каких-либо других предметов. [c.203]

Полученные закономерности были проверены для случая распространения ультразвуковых волн в водной эмульсии ртути [348]. Измерения производились по наблюдению диффракции света на ультразвуковой решётке. Результаты измерений находятся в хорошем согласии с развитой теорией, [c.276]

Явления диффракции света на ультразвуков вых волнах могут быть объяснены следующим образом. Бегущая ультразвуковая волна в жидкости представляет собой следующие друг за другом на определенном расстоянии сжатия и разрежения среды. Расстояние между двумя сжатиями определяет длину звуковой волны в жидкости. Таким образом, мы имеем дело со средой, плотность которой, а следовательно, и коэффициент преломления меняются периодически в направлении распространения звуковой [c.169]

Фиг. 214. Многократная диффракция света на двух ультразвуковых волнах (по Бергману).

Фиг. 215. Многократная диффракция света на двух ультразвуковых волнах (по Бергману). а—диффракция на звуковой волне с частотой Ь = 9760 кгц, б—диффракция на звуковой волне с частотой /2=7210 кгц, в—диффракция на двух звуковых волнах с частотами fl и /г-

Оригинальное применение диффракции света на ультразвуке для испытания материалов было сделано Соколовым [8]. В его установке диффракционная картина является индикатором наличия ультразвуковых волн. [c.47]

Крайне важно, что метод косвенного наблюдения ультразвуковых волн при помощи диффракции света может быть применен как к бегущим, так и к стоячим волнам. В первом случае мы имеем дело с ультразвуковой решеткой, движущейся со скоростью звука перпендикулярно к направлению распространения света. В этом случае будет иметь место эффект Допплера для света. Если луч света частоты v , падающий перпендикулярно на звуковую волну, отклоняется при этом на угол то первоначальная скорость света С изменяется на величину где с—скорость звуковой волны. Частота света к-го диффракционного порядка определяется вследствие эффекта Допплера следующим выражением [c.171]

Дебай и Сирс [490, 496] и независимо от них Люка и Бикар [ 1241—1244] обнаружили в 1932 г. диффракцию света на ультразвуковых волнах в жидкости. Это открытие привело в настоящее время к развитию большого количества новых методов исследования ультразвука. Поводом [c.168]

Аналогичные опыты, доказавшие, что кварц может быть возбужден также на четных гармониках, были выполнены Партхасаратхи, Панде и Панчоли [1502, 1520, 1538]. В опытах Бергмана были использованы два различных ламповых генератора для одновременного возбуждения кварца на двух частотах. Упомянутым выше трем авторам [1502] удалось, ограничиваясь одним генератором, получить колебания кварца сразу на второй и третьей гармониках и обнаружить эти колебания при помощи диффракции света на ультразвуковых волнах. [c.170]

Прекрасные фотографии диффракции света на ультразвуковых волнах в воздухе при частоте 585 кгц получил Голлмик [722]. Он применил сильный источник света (ртутную лампу высокого давления HgB мощностью 500 вт) и, закрыв экраном центральное изображение щели, наблюдал спектры до 15-го порядка. Одна из его фотографий показана на фиг. 220 на оригинале заметны спектры еще более высоких порядков. Для измерения интенсивности линий спектра с правой стороны от главного максимума помещен ослабляющий клин. Глубина звукового поля, пересекаемого светом, составляла б см. [c.178]

В обстоятельной работе Уиллард [4418] сопоставил условия, при которых возникают различные виды диффракции света на ультразвуковой волне, и подтвердил свои соображения теоретически и экспериментально. Согласно этой работе, нормальная диффракция света в смысле теории Рамана—Ната возникает до тех пор, пока [c.187]

Более подробное рассмотрение этих весьма сложных математических теорий и методов расчета вывело бы нас далеко за пределы предлагаемой книги. Превосходное изложение различных теорий диффракции света на ультразвуковых волнах можно найти в работе Ната 114031. Не так давно Номото 13659, 3660] дал прекрасную основанную на геометрической оптике теорию различных видов диффракции света на ультразвуковых волнах. При этом он распространил расчет, сделанный Люка и Бикаром для случая перпендикулярного падения света, также на случай наклонного падения светового пучка. [c.189]

Исследование диффракции света на ультразвуковых волнах в жидкостях вплоть до частоты 177 мггц было проведено Рытовым (1778, 1779], а также Бхагавантамом и Pao [2460, 2462]. Было найдено, что при частотах выше 50 мггц постепенно исчезает нормальная диффракция и все сильнее выступает на первый план селективное отражение под углом Брэгга. [c.190]

Висс [2182, 2183] разработал также систему ультразвукового интерферометра с оптической регистрацией резонансных точек. При проектировании изображения освещенной щели сквозь звуковой пучок между кварцевым источником и отражателем на экран наблюдается описанная в гл. III, 4, п. 2 диффракция света на ультразвуковых волнах. Число и интенсивность диффракционных спектров зависит от силы звука интенсивность достигает максимума при образовании стоячих волн, когда между кварцем и отражателем укладывается целое число полуволн. Таким образом, изменение положения отражателя приводит к периодическому изменению диффракционной картины, позволяющему осуществить запись (например, на непрерывно движущейся фотопленке), удобную для последующей обработки. Точность измерений на такой установке составляет, согласно Биссу, 0,2 /oq. [c.222]

Теорию диффракции света на пространственной решетке ультразвуковых волн разработали Фюс и Лудлоф [674]. Мы познакомимся с ней подробнее в гл. V. Здесь укажем только, что, согласно теории диффракции света на ультразвуковой пространственной решетке в жидкости, диффракционная картина первого порядка изображается в виде простой окружности. Примером может служить яркая окружность на фиг. 250, б. Соотношение с=ЛЛ//л связывает радиус этой окружности г с величиной скорости звука с в жидкости, звуковой частотой Д длиной световой волны Л и расстоянием А от плоскости изображения до центра кюветы. Это соотношение переходит в приведенную выше формулу (146) для диффракции света на плоской звуковой волне, если величину г заменить расстоянием первого диффракционного максимума от центрального максимума. Остальные окружности на фиг. 250, б являются диффракционными спектрами высших порядков. Здесь отчетливо выступает явление многократной диффракции. Каждая точка яркой внутренней окружности вследствие диффракции на пространственной решетке становится центром новой окружности. Огибающую этих вторичных окружностей—окружность с радиусом 2г— можно рассматривать как диффракционный спектр второго порядка по отношению к центральной точке. [c.203]

Для определения скорости звука в жидкостях широко применяются различные оптические методы. Чаще всего для этой цели используется явление диффракции света на ультразвуковой решётке. В жидкости, в которой распространяется акустическая волна, возникают чередующиеся уплотнения и разрежения. Благодаря зависимости коэффициента преломления жидкости от её плотности периодическим изменениям плотности жидкости будет соответствовать периодическое изменение коэффициента преломления. Сказанное справедливо как для стоячей, так и для проходящей волны. Таким образом, если получить акустическую волну в жидкости, налитой в прозрачную кювету с плоскопараллельными стенками, то по отношению к световому лучу подобное устройство будет являться квазидиффракциоиной решёткой. Роль постоянной этой решётки играет длина волны ультразвука X. Ультразвуковая решётка является объёмной решёткой слоистого типа. То обстоятельство, что в случае проходящей ультразвуковой волны диффракционная решётка движется, не имеет значения, поскольку скорость звука ничтожно мала по сравнению со скоростью света. Теория диффракции света на ультразвуковой решётке подробно развита в работах Рытова [300, 301,311]. [c.73]

Несколько иначе обстоит дело в случае диффракции света на стоячих ультразвуковых волнах. Если рассматривать стоячую волну как результат интерференции двух распространяющихся навстречу друг другу бегущих волн, то в диффракциоином спектре к-го порядка должны присутствовать обе частоты = > к1. Поэтому описанную выше установку Дебая, Сака и Кулона можно использовать также в случае стоячей волны, но без стробоскопического освещения. При этом должна быть видна система полос, получающихся в результате интерференции световых лучей двух спектров одного порядка, которые, как известно, когерентны между собой. Это и было подтверждено в работе Дебая, Сака и Кулона [495]. При этом авторы указали, что полученная система полос является изображе- [c.171]

Экспериментальное исследование явлений диффракции при косом падении света на звуковую волну выполнил с большой точностью Номото [1427, 3661а]. Он использовал ультразвуковые волны с частотой 1— 0 мггц. Образцы полученных им фотографий приведены на фиг. 223. Отчетливо видно, что для определенных значений углов падения диффракция становится минимальной. Измеренные величины этих углов хорошо совпадают с теоретически рассчитанными численными значениями, стоящими в скобках около фотографий фиг. 223. Тот факт, что диффракционные явления не исчезают полностью при указанных значениях углов падения, объясняется несовершенством экспериментальной установки Номото, которое ему впоследствии удалось устранить. На фиг. 224 графически представлена зависимость числа п положительных и отрицательных диффракционных максимумов и их суммы от угла падения 9 света на звуковую волну для следующих значений параметров [c.182]

Фиг. 233. Диффракция света ртутной лампы на ультразвуковой волне с частотой 20 мггц при различных углах падения.

Недавно Хейнеман 12989а1 на основании геометрической оптики дал объяснение явлению диффракции света на бегущих ультразвуковых волнах при прохождении сквозь них расходящегося пучка света. Из его объяснения следует, что распределение света позади кюветы, в которой распространяется ультразвуковая волна, в основном определяется угловой зависимостью спектров нулевого порядка. [c.202]

Естественно, что следующим шагом должно было быть создание трехмерной пространственной решетки посредством трех ультразвуковых волн, распространяющихся перпендикулярно друг к другу. По аналогии с диффракцией рентгеновских лучей на пространственной решетке кристалла здесь можно было бы ожидать таких же диффракционных явлений для видимого света. Систематические исследования в этом направлении впервые были проведены Шефером и Бергманом [1829—1831]. Почти в то же время и независимо от них Гидеман и Асбах [864] опубликовали данные о наблюдении диффракции света на пространственной решетке, образованной многократно отраженными ультразвуковыми волнами. [c.202]

Бергман [242] показал, что при одновременном распространении в твердом теле продольных и поперечных волн может наблюдаться вторичная диффракция, аналогичная многократной диффракции света на одной или нескольких ультразвуковых волнах (см. гл. III, 4, п. 2). На фиг. 386 показано это явление для волн в стекле. Ясно видно, что, помимо диффракццонных спектров и /з, обусловленных продольной волной, и спектров 1, обусловленных поперечной волной, наблюдаются еще другие спектры, обозначенные /ц. Последние получаются вследствие вторичной диффракции диффракционного спектра [c.353]

Укажем еще на одно интересное оптическое явление. Впервые его наблюдал Бусс [3941 при попытке определить разность давлений в ультразвуковой волне в жидкости, пользуясь интерферометром Дамена или Маха. Уже при малых интенсивностях звука наблюдался сдвиг интерференционных полос на величину, равную половине полосы, однако с увеличением силы звука этот сдвиг не возрастал, а только менялась видимость картины. Это непонятное явление было подробно изучено Бэром [159], который применил улучшенную аппаратуру. Он затемнил все световые лучи, которые испытывали диффракцию на звуковой волне и изменили при этом свою частоту и, следовательно, не могут уже участвовать в интерференции. Тогда упомянутое явление может быть объяснено на основании теории Рамана—Ната о фазовой модуляции света звуковой волной. Два световых пучка, интерферирующие в приборе Жамена, имеют амплитуды, равные 1 и / (а) где Уо—функция Бесселя нулевого порядка а—величина, определяемая формулой (149) Действительно, было экспериментально уста новлено, что для значения а =2,4 интерферен ционные полосы исчезают, а для значения л =3,8 они имеют наилучшую видимость. [c.192]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...