● 摘要
表面波动现象是自然界最普遍的现象之一,因而表面波很早就被认识并作为研究对象。由于液体表面波沿液体表面传播,表面波可以作为液体表面信息的载体。因此对表面波的研究就显得十分重要。特别是六十年代激光出现以后,用光学的方法来检测表面波就有了突飞猛进地发展。通过光学方法来研究表面波具有简便、实时和非接触等特点。
本文主要包括三部分内容:
第一部分回顾了表面波的研究历史,主要介绍了液体表面声波的光学检测方法,重点描述了用激光斜率扫描、激光成像、激光干涉和激光衍射等探测液体表面波的技术。
第二部分根据流体动力学理论,推导出表面波的波函数和液体色散关系。然后将表面波近似看作一维正弦光栅,详细地阐述了它的干涉和衍射理论,依据理论并对干涉和衍射图样特点做了分析。
第三部分首先介绍了一般波的叠加理论,然后分析由多列波叠加而合成波的衍射理论,并推测出其衍射图样。另外通过实验而得到衍射图样。结果证明两者吻合。.
主要得出的结论有:
1.在前人的基础上,通过建立适当的坐标系,理论上导出空间斜入射一维表面波的衍射公式和衍射图样分布与竖直方向的夹角和激光入射角()的关系式,发现各衍射级次的强度依然以贝赛尔函数变化,但与并不再是一一对应的关系,而是等于和的乘积。其中是入射激光束与液体表面法线做成的角。得出当入射光的方向与表面波的传播方向共面时,衍射图样的分布方向位于该平面。但当入射光的方向与表面波的传播方向不共面时,衍射图样的分布方向与入射光并不共面。
2.参考正弦光栅的组合理论,推导出任意斜入射情况下“正交光栅”二维衍射公式。另外通过实验而也得到其二维衍射图样。结果证明两者吻合。