光拍的传播与光速测量

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1、光拍的传播与光速测量近代物理实验（1）物理科学与技术学院近代物理实验室光速是物理学中一个具有代表性的基本常数。许多物理概念和物理量都与它有密切的联系。长期以来对光速的测量一直是物理学家十分重视的课题。无论是那一个时代，几乎都动员了最先进的科学技术对光速进行测量。尤其近几十年来天文测量、地球物理、空间技术的发展以及计量工作的需要，使得光速的精确测量已变得越来越重要。光的偏转和调制，则为光速测量开辟了新的前景，并已成为当代光通信和光计算机技术的中心课题。背景介绍常用光速测量方法：微波谐振腔法、激光测速法、

2、Kerr盒调制光强法、光谱学法和微波干涉仪法。光速测量历史1.1676年，丹麦物理学家罗默（Romer）第一个测出光的速度。2.1849年，法国物理学家索菲利用旋转齿轮法在地面上第一次测出光为3.13111×108m/s3.1850年，法国物理学家傅科利用旋转镜法首次在实验室测出光速为2.98×108m/s4.1941年，美国安德森（H.L.Andreson)用克尔盒调制法，测出光速为2.99776×108m/s5.1966年，Karolus和Helmberger用声光移频法，测得光速为（299，79

3、2.47±0.25）×103m/s6.1975年第十五届国际计量大会确认光速值为299792458±1.2m/s实验目的1.了解声光频移法获得光拍的方法。2.掌握光拍法测光速的原理和实验方法。3.熟练掌握用光速测定仪测量光速的技术。光拍的传播与光速测量实验仪器CG—Ⅲ型光速测定仪；GOS—620示波器VC3165型智能频率计实验原理1.光拍的形成根据振动迭加原理，两列速度相同、振面相同、频差较小而同向传播的简谐波的叠加即形成拍。设有两列振幅E相同频率分别为f1和f2（频差△f=f1－f2较小）的两光束

4、：式中，为波数，和分别为两列波在坐标原点的初位相。偏振方向相同的两列波叠加后，可得该式表示圆频率为，振幅为的沿X轴传播的电磁波。其振幅以Δf作周期性地变化，所以被称为拍频波。拍频波场在某一时刻t的空间分布实验原理实验原理光拍信号的位相与空间位置χ有关，设空间某两点之间的光程差ΔL，该两点的光拍信号位相差为Δφ利用斩光器将光分为两路，使其通过不同的光程后入射到同一探测器，则该探测器输出的两个光拍信号的位相差与光程差之间的关系仍由上式确定，当Δφ=2π时，ΔL=，则光速为实验原理2.相拍二光波的获得方法为

5、了产生光拍频波，要求相叠加的两光波具有一定的频差，这可通过超声与光波的相互作用来实现。具体方法有两种，一种是行波法，另一种是驻波法。实验原理激光通过超声光栅后，衍射光的圆频率与超声波的圆频率有关，第n级衍射光的圆频率与超声波频率F之间满足可见，在同一级衍射条纹内存在许多不同频率的光波，因此用同一级衍射光就可以获得拍频光。实验中选取n=0，m=0，-1的两种频率迭加，获得拍频为2F(=Δf)的拍频光。则光速c为：超声波频率F由频率计直接读出。CG—Ⅲ型光速仪光路图光速测量实验实物图预习思考题1.光拍是如

6、何形成的，它有什么特点？2.获得光拍频波的两种方法是什么？本实验中采用了那种方法获得光拍频波？3.如何测量光拍的波长？4.斩光器的作用是什么？5.使示波器上出现的两个正弦信号幅度相同，如何操作？6.本实验是光电结合非常紧密的应用性实验，通过实验原理的启示，你能否设想出另外一种具有实际应用价值的实验方案？