Способ определения амплитуды колебаний показателя преломления среды

 

Изобретение относится к акустике и может быть использовано для определения параметров распространения ультразвуковых волн. Цель изобретения - расширение области использования - достигается за счет измерения показателя преломления среды при. малых длинах взаимодействия света с ультразвуковой волной путем использования для расчета отношения интенсивностей второго и первого дифракционных порядков. После получения дифракции Романа - Ната при одинаковой интенсивности ±1, ±2.дифракционных порядков по измеренному отношению интенсивностей дифракционных составляющих второго и первого порядков производится расчет амплитуды колебаний показателя преломления среды, в которой распространяется ультразвуковая волна. Сущность изобретения состоит в расширении возможностей способа измерения амплитуды колебаний показателя преломления среды , в которой распространяется ультразвуковая волна, за счет использования измерения интенсивностей второго и первого дифракционных порядков , отношение которых некритично к дпине взаимодействия света с ультразвуковой волной. Лазер 1 создает световой поток, который падает на акус - тооптическую ячейку 2, в которой возбуждаются генератором 3 ультразвуковые волны. Дифракционная картина анализируется при помопш фотоприемника 6. 1 ил. с (Л о ел 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„.Я0„„1465718 А 1 (51)4 С 01 Н 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4298897 /24-28 (22) 20.08.87 (46) 15. 03.89. Гюл. М 1О (72) А. А. Быков, В, й, Вдовенков, И, Н. Голтвянский и И. В. Никитин (53) 534.1(088.8) (56) У.. Иезон, Р. Тестон, Физическая акустика, т. VII 1974, И., !!ир, с ° 322-323. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУД!

КОЛЕБАНИЙ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

СРЕД! (57) Изобретение относится к акустике и может быть использовано для определения параметров распространения ультразвуковых волн. Цель изобретения — расширение области использования — достигается эа счет измерения показателя преломления среды при,малых длинах взаимодействия све. та с ультразвуковой волной путем использования для расчета отношения интенсивностей второго и первого дЮракционных порядков. После получения дифракции Романа — Ната при одинаковой интенсивности Н, 12.дифракцион" ных порядков по измеренному отношению интенсивностей дифракциоиних составлявших второго и первого порядков производится расчет амплитуды колебаний показателя преломления среды, в которой распространяется ультразвуковая волна. Сущность изобретения состоит в расширении возможностей способа измерения амплитуды колебаний показателя преломления среды, в которой распространяется ультразвуковая волна, за счет использования измерения интенсивностей второго и первого дифракционных порядков, отношение которых некритично к длине взаимодействия света с ультразвуковой волной. Лазер 1 создает све товой поток, который падает на акус тооптическуи ячейку 2, в которой возбуждаются генератором 3 ультразвуковые волны. Дифракционная картина анализируется при помощи фотоприем(дп ) . Т (Л 2

n I 7(t n.L полученного при выполнении условия 35

2Т(п<,L дп с((<

Л пе (2) де дп — амплитуда колебаний показатепя преломления среды;

n — показатель преломления среды1

I.- - интенсивность первой дифЧ.t ракционной составляющей; — интенсивность нулевой диф- 45 о ракционной составляющей; — длина волны света;

Ь вЂ” длина взаимодействия света с ультразвуковой волной.

Соотношение (2) используется для 50

Дп измерения — Рассмотрим в более обпо щем виде взаимодействие ультразвуковой и световой волн.

Составляющие напряженности элект- 55 рического поля световой волны. Е могут быть представлены в виде рядов

Фурье:

1 146571

Изобретение относится к акустооптике и может быть использовано для определения параметров распространен я ультразвуковой волны.

Цель изобретения — расширение области применения за счет измерения п казателя преломления среды при мах длинах взаимодействия света с у ьтразвуковой волной путем использ вания для расчета отношения интенс ностей второго и первого дифракОнных порядков °

На чертеже приведена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа, Устройство содержит лазер 1, работающий в непрерывном одномодовом режиме (ЛГ.-52-2) акустооптическую

t ячейку 2, заполненнуи дистиллированой водой, генератор 3 синусоидальы колебаний (Г4-107), генерирующий астоту f. = 10 ИГц, усилитель 4 (3-11) преобразователь 5 ультразвуовых колебаний, выполненный из 36 - 25

-среда кристалла LiNb0> длиной

Ц = 2 См и фотоприемник 6 (ФЗУ-77).

Амплитуда колебаний показателя реломления среды при распространеии в ней ультразвуковой волны опре- 30 еляется из соотношения

t Pv, к (к,+ к i v)- (Sz - ь,J t

E ° = А " e (3) п1

Э где К вЂ”,волновой вектор звука; — частота световой волны:

Aq(y — n + пЕ) + q(A„+, + A„,) =О, (4) где пох-К1-К 2К l

2 х 1 1

К о (5) — малый параметр (q ((1); — волновой вектор света в вакууме; . °

К,, К вЂ” проекции волнового вектора света К на оси координат.

В случае дифракции Рамана — Иата

Z. = О и выражение (4) прин мает вид а(— n ) + q(A и+ + A„) Систему (6) надо записать для и =

= О, 1, 2, 3... и т.д.. Поскольку

А „- (1", то систему (6) можно обор вать на коэффициенте с достаточно большыч и. Получающаяся система будет однородной. Условием ее разрешимости является равенство нули детерминанта системы (дисперсионное уравнение) . Решая эти уравнения, находим ряд корней х; а отсюда (см. выражение (5)) ряд корней К „. Подставляя корни х в формулы,для А „1, выражаем их через А,, а последние находим из граничных условий. Применяемые граничные условия таковы: на границе звукового поля равны нули все дифракционные составляющие, кроме нулевой, а последняя равна константе А.

Интенсивности нулевой, первой и второй дифракционных составляиших равньг соответственно

1 1Е 1 =- Aе. о о, (7) I„= 1Е,I = A.2 ц2(1

Ко1

2 — cos —;.2 К г 2 1 16

Z = 1Е ) = А 0,18 с} ° — (1

13 ((, — частота звука.

Амплитуды А удовлетворяют раэностным уравнениям

1465718

К L

-cos ) (9) фо рмула из обре тения

<0,ll-лп K

0,11 q о о

2 Ф

0 11 п, f (10) 20 где q

f—

30 откуда Л

QaV

4п =

?2 К Л

4п — 1

I 0 11 nov где f частота колебаний показателя преломления среды, длина волны света; показатель преломления среды; скорость распространения ультразвуковой волны. ч

Составитель В. Чулков

Редактор А, Огар Техред N.Äèäüïñ . Корректор N. Пожо

Заказ 933/41 Тираж 512 Подпис но е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Анализ выражений (7) — (9) показывает, что отношение I;/I, является критичным к длине взаимодействия L света с ультразвуковой волной, в то время как отношение ? /I не зависит

10 от длины взаимодействия Ь.

Таким образом:

4nK

7 о

211f

Э

21 л частота звуковых колебаний; скорость распространения звуковой волны в среде, Устройство для реализации предла- ЗБ гаемого способа работает следующим образом.

Выработанные генератором 3 и усиленные усилителем 4 колебания возбуждают преобразователь 5 ультразвука, 40 который создает бегущую ультразвуковую волну в акустооптической ячейке

2, при этом в среде, которой заполнена акустооптическая ячейка, воэникает периодическое изменение показателя преломления (Лп), для измерения которого излучение лазера I направляется вдоль фронта ультразвуковой волны, При этом на выходе акустооптической ячейки наблюдается дифракция

Рамана — Ната. Фотоприемником 5 измеряется интенсивность первого .и второго дифракционных порядков .

Способ определения амплитуды колебаний показателя преломления среды, эакхпочающийся в том, что создают ультразвуковую волну в фазе, получают диЪракцво Рамана — Ната при одинако- . вой интенсивности излучения света плюс и минус первого дифракционных порядков, измеряют интенсивности излучения света в максимумах дифракционных порядков, о т л н ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения области применения за счет измерения показателя преломления среды при малых длинах взаимодействия света с ультразвуковой волной, измеряют интенсивности I и I, излучения в максимумах второго и первого дифракционных порядков, а амплитуду колебаний показателя преломления дп определяют с помощью формулы