Ультразвуковая решетка

Эта статья включает в себя список литературы , связанной литературы или внешних ссылок , но ее источники остаются неясными, поскольку в ней отсутствуют встроенные цитаты . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, добавив более точные цитаты. ( Октябрь 2015 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Ультразвуковая решетка представляет собой тип дифракционной решетки , получают путем вмешательства ультразвуковых волн в среде изменения физических свойств среды, и , следовательно, показатель преломления , в виде сетки узора. Термин акустическая решетка - это более общий термин, который включает работу на слышимых частотах.

Ультразвуковая волна - это звуковая волна с частотой более 20 кГц. Человеческое ухо не может распознавать ультразвуковые волны, в отличие от животных, таких как летучие мыши и собаки . Ультразвуковые волны могут создаваться пьезоэлектрическим эффектом и магнитострикцией .

Механизм [ править ]

Когда ультразвуковые волны генерируются в жидкости в прямоугольном сосуде, волна может отражаться от стенок сосуда. Эти отраженные волны называются эхом. Прямая и отраженная волны накладываются друг на друга, образуя стоячую волну . Плотность жидкости в узле больше , чем плотность в пучности. Следовательно, жидкость действует как дифракционная решетка для параллельного луча света, проходящего через жидкость под прямым углом к ​​волне.

Образованная таким образом дифракционная решетка аналогична обычной дифракционной решетке с линиями на стеклянной пластине. Менее плотные пучности меньше преломляют свет и аналогичны пропускающим щелям обычной решетки. Более плотные узлы больше преломляют свет и аналогичны непрозрачной части обычной решетки.

Математика [ править ]

Элемент решетки равен длине волны ультразвуковой волны и обозначается . Если - длина волны света, прошедшего через решетку, которая дифрагируется под углом , то n-й порядок максимума определяется выражением:${\displaystyle d}$${\displaystyle \lambda }$${\displaystyle \theta }$

${\displaystyle d\sin \theta =n\lambda }$

или же

${\displaystyle d=n\lambda /\sin \theta }$

Если v - скорость ультразвуковой волны в жидкости, мы можем вычислить скорость волны с помощью:

${\displaystyle v/\nu =n\lambda /\sin \theta }$

или же,

${\displaystyle v=\nu n\lambda /\sin \theta }$

где - частота волны.${\displaystyle \nu }$

Метод Дебая-Сирса [ править ]

Дебай - Sears Метод определяет длину волны монохроматического света с помощью акустических или ультразвуковых решеток. В этом методе для получения решетки используется концепция пьезоэлектричества .

Явление дифракции света с использованием ультразвуковой решетки было впервые обнаружено Дебаем и Сирсом в 1932 году. Когда ультразвуковые волны распространяются в жидкости, плотность изменяется от слоя к слою из-за периодического изменения давления. Эта решетка может определять длину волны монохроматического света и скорость волн.

Если - длина волны монохроматического источника света, а - длина волны ультразвуковых волн, то, применяя принцип дифракции, мы получаем${\displaystyle \lambda \,\!}$${\displaystyle \lambda _{c}\,\!}$

${\displaystyle \lambda _{c}\sin \theta =n\lambda \,\!}$

Где угол дифракции.${\displaystyle \theta \,\!}$

Таким образом, мы можем вычислить либо одно, либо другое известное. Нам не нужно беспокоиться об элементе решетки, поскольку сами узлы действуют как щели, следовательно, расстояние между двумя щелями равно длине волны ультразвука.${\displaystyle \lambda \,\!}$${\displaystyle \lambda _{c}\,\!}$

Этот метод определяет скорость ультразвуковых волн с использованием монохроматических источников, таких как натриевые лампы. Среда обычно представляет собой пьезоэлектрический кристалл, такой как кварц , турмалин или соль Рошеля . Механическое напряжение создается вдоль оси кристалла с помощью ВЧ- генератора. Регулируя частоту осциллятора, мы можем определить скорость ультразвуковых волн, используя${\displaystyle v_{c}\,\!}$

${\displaystyle v_{c}=\eta \lambda _{c}\,\!}$

где - частота осциллятора.${\displaystyle \eta \,\!}$

Ссылки [ править ]

• Филип МакКорд Морс, "Рассеяние света звуковым лучом", Теоретическая акустика , стр. 809–816, Princeton University Press, 1986 ISBN  0691024014 .
• Роберт Лагеманн, «Метод оптической дифракции», Дадли Уильямс (редактор), Молекулярная физика , стр. 702–703, Academic Press, 1961 ISBN 0080859763 . 

См. Также [ править ]

• Акустооптика
• Акустооптический модулятор
• Акустооптический дефлектор
• Акустооптический спектрометр
• Нелинейная оптика