相位测速实验讲义

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1、相位法测光速一、实验目的1.了解测定光速的实验方法2.掌握拍频相位法测量光速的基本原理二、实验原理本实验采用相位法测量光速，原理图如下：图1实验原理图（一）频率为60MHz的电信号，分别经过第一通道、第二通道进入相位计。第一通道由电光转换器、自由空间、光电转换器构成，期间每一部分所产生的延时依次为t发、t1、t收，第二通道为同轴电缆，信号经电缆延迟为t参。即（1）假设测得第一通道比第二通道的信号提前t，利用公式（1）得，再根据就可测量光在AB间的传播速度。实际上t发、t收和t参的准确值是未知的，因此我们这里采用两次实验来克

2、服t发、t收和t参对测量光速的影响。图2改变光程实验图设第一次测量时得到的时间差为，第二次实验时距离增加了后得到的时间差为。则光速为本实验的关键是准确测量和，测量和一般是采用相位差法测量，其根据是对于测量频率为的信号相位差，目前最实用的办法是降频测量，本实验是将的信号与混频得到差频再进行测相。混频器的工作原理如下：第一通道信号（2）第二通道信号（3）本振59.9MHz信号（4）和输入非线性器件后得（5）利用三角函数的积化和差公式将（5）式第三项改写为把（5）式的信号经低通滤波器后得（仅留下最后一项）（6）同理与混频滤波后仅

3、留（7）从（6）和（7）看出两信号的相位差为，这与原来第一和第二通道高频信号的相位差相同。三、实验装置本实验仪器为拍频相位差光速测量仪，主机经同轴电缆给驱动电路供电，驱产生的正弦波，正弦波分成两路，一路是驱动LED发光，经第一通道到达光接受器，另一路正弦波经同轴电缆（第二通道）送回主机，这两路信号分别与主机本振59.9MHz信号混频，混频后得到的两路信号输入到相位差或时间差测量装置。图3实验仪器原理与组成四、实验步骤图4主机面板说明：BNC转接口1连接发射器，BNC转接口2、3连接相位计，4——探测器窗口本实验中所使用相位

4、测速计面板如图，1号接口为60MHz的驱动电路提供电源，同时接收由驱动电路传回的60MHz参考信号。4号为探测器窗口，两个60MHz的信号分别与59.9MHz混频器，再经低通滤波器得到两个100KHz的低频信号。1.连接各器件，打开电源，调整光路，使LED的光会聚到探测器窗口（4号）；2.用示波器测量时间差；3.移动光源位置，记录光源移动距离；4.用示波器测量时间差；5.计算相位差和计算光速设第一次测得时间差为，移动距离后测的时间差为得光程带来的相位差为（这是因为示波器读出的是100KHz信号的时间差，）得光速为：（因为一

5、秒钟累计的相位为）五、思考题1.本实验中所测光速是相速度还是群速度？如何光纤中的光速？2.何利用本实验测量玻璃的折射率？3.精度为0.01°的相位计实验，测得光速的相对精度和绝对精度为多少？