초음파 그링

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초음파 그래팅은 매질의 초음파를 간섭하여 발생하는 회절그링의 일종으로, 매질의 물리적 특성, 따라서 굴절률을 격자형 패턴으로 변화시킨다.음향 그래팅이라는 용어는 청각 주파수에서의 작동을 포함하는 보다 일반적인 용어다.

초음파는 20kHz 이상의 주파수에서 음파를 말한다.사람의 귀는 초음파를 인지하지 못하지만 박쥐나 개 같은 동물은 인지할 수 있다.초음파는 압전 효과와 자기 자극에 의해 생성될 수 있다.

메커니즘

직사각형 용기의 액체에서 초음파가 발생하면 혈관 벽에서 반사시킬 수 있다.이런 반사파를 메아리라고 한다.직사파와 반사파가 겹치면서 서 있는 파도를 형성한다.노드에서 액체의 밀도는 해독기의 밀도보다 높다.따라서 액체는 액체를 통과하여 파도에 직각으로 통과하는 평행한 빛의 광선에 회절 그링 역할을 한다.

이런 식으로 형성된 회절 그링은 유리로 된 판에 선을 다스려 전통적인 회절 그링과 유사하다.조밀도가 낮은 안티노드는 빛을 덜 굴절하며 기존 그링의 송신 슬릿과 유사하다.밀도가 높은 노드는 빛을 더 많이 굴절하며 기존 그링의 불투명한 부분과 유사하다.

수학

그래팅 요소는 $d{\displaystyle }$ ${\displaystyle d}$에 의해 표시된 초음파의 파장과 동일하다$.$ $\lambda {\displaystyle }$ ${\displaystyle \lambda }$이(가) 각도$\theta {\displaystyle }$ {\$displaystyle \teta$$}$에 의해 확산되는 그래팅을 통과하는 빛의 파장이라면$$, 최대값의 n번째 순서는 다음과 같다.

$\displaystyle d\sin \theta =n\boda }$

또는

$\displaystyle d=n\boda /\sin \theta }$

v가 액체 내 초음파 속도라면 우리는 다음과 같이 파동 속도를 계산할 수 있다.

$\displaystyle v/\nu =n\boda /\sin \theta }$

또는

$\displaystyle v=\nu n\boda /\sin \theta }$

여기서 $\nu {\displaystyle }$ ${\displaystyle \nu}$은(는) 파형의 주파수다.

데비-시어즈 방식

데비-시어즈 방법은 음향 또는 초음파 그라프트를 사용하여 단색광의 파장을 결정한다.이 방법은 압전 개념을 이용하여 그레이팅을 얻는다.

초음파 그래팅을 이용한 빛의 회절 현상은 1932년 데비예와 시어스에 의해 처음 관찰되었다.초음파가 액체에서 전파되면 압력의 주기적인 변화에 따라 층마다 밀도가 달라진다.이 격자는 단색광의 파장과 파장의 속도를 결정할 수 있다.

$\lambda {\displaystyle }$ $displaystyle \lambda \,\!}$이(가) 단색광원의 파장이고$$, ${\displaystyle c_{}}$ c $displaystyle \lambda _{c}\,\}$이(가) 초음파의 파장이라면 회절 원리를 적용하면 알 수 있다.

$\displaystyle \c}\sin \theta =n\boda \,\!}$

여기서 $\theta {\displaystyle }$ $displaystyle \theta \,\!}$은(는) 회절각이다.

따라서 다른 하나가 알려진 경우$$ $\lambda {\displaystyle }$ $displaystyle \lambda \,\!}$ 또는$$ $\lambda {\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle c_{}}$ $displaystyle \lambda _{c}\,\}$ 중 하나를 계산할 수 있다.노드 자체가 슬릿 역할을 하기 때문에 두 슬릿 사이의 거리는 초음파 파장과 같기 때문에 격자 요소에 대해서는 걱정할 필요가 없다.

이 방법은 나트륨 증기 램프와 같은 단색 선원을 이용하여 초음파 속도를 결정한다.매질은 보통 석영, 투르말린 또는 로셸 소금과 같은 압전 결정이다.기계적 응력은 RF 오실레이터를 사용하여 결정의 축을 따라 생성된다.오실레이터의 주파수를 조정함으로써 초음파의 속도$$ ${\displaystyle v_{}}$ $displaystyle v_{c}\,\!}$을(를) 사용하여 확인할 수 있다.

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

여기서 $\eta {\displaystyle }$ $displaystyle \eta \,\!}$은(는) 오실레이터의 주파수다.

참조

• Philip McCord Morse, "음향빔에 의한 빛 산란", 이론 음향, 페이지 809–816, 프린스턴 대학교 출판부, 1986 ISBN0691024014.
• 로버트 레이지만, 더들리 윌리엄스(ed), 분자 물리학, 페이지 702–703, 아카데미컬 프레스, 1961 ISBN 0080859763의 "광학적 회절법".

참고 항목

• 음향광학
• 음향-광학 변조기
• 음향광 디플렉터
• 음향광학 분광계
• 비선형광학