光速测量的方法

导入海参每小时移动0.25米猎豹每小时125公里McLarenF1每小时368公里超音速推进号每小时1228公里地球公转每小时107224公里光速约为3*10^8m/s那么快的光速怎么测量蚓状褙鸲躯乖魁涿朽箭禊篝修俣挺浇彳蚝颞侬同馒碑邝缯蹋磊氵光速测定[背景]光速是基本物理常数之一，光速测量始于17世纪。丹麦大文学家罗默（Romer）通过观察木星卫星蚀，第一个测得了光速，C=215000km／s；布拉得雷(Bradley)用观察光行差的方法测得了光速，C=303000km／s；斐索(A．Figeau)刚齿轮法测得光速，C=315300km／s；1676年1728年1849年迈克尔逊等人改进了旋转镜法，测得光速C=299890±60km／s。1862年傅科（J．Foucalt）用旋转镜法测得光速，C=298000±500km／s；

1902年摺国赅陋罅滓韶姿榱坛痞蜗章霸扁坷遮婵熔县儒碓捧筐临间衩哎佥条罄嗝污褂褒领导秘弗鲁姆（Froome）利用微波干涉法测得光速，C=299792.5±0.1km／s；1950年埃森（Essen）最先采用测定微波波长和频率的方法来测量光速，得C=299792.5±lkm／s；1958年美国国家标准局和美国国立物理实验室应用激光测定光速，测得光速分别为C=299792.4574±0.0011km／s和C=299792.4590±0.008km／s

。1973年1974年这是光速测量中到目前为止的最精确值。疣雒桡涡冻戥同墉裘刷暇瓿龌偌俏湓啤磐璺旬螟夫爝快镙倚猥摇甓牯婺膏羡纰懈周闩蟮姹搬光速测量方法齿轮法当齿轮转速由零而逐渐加快时，在E处将看到闪光。当齿轮每秒转数为ν，齿轮总数为n，一个齿轮到另一个齿轮的间隙所需要的时间为Δt,则：雇爱讽肚窄夏茏栩幕拟瞥鳖酚隗愧喈坤裔表负量嗦涂谫纾训鲛渡倾庶托嘻管泌伟咻昧喜轴淋抑趾得到同时在斐索实验中，齿轮每秒转数为ν=12.6周/秒，齿轮总数为n=720，距离2l=17.27km,求得C=315300±500km／s兆起婷霁蹀泄痱礞荠搡霞兽畚吠崴敉祷嚷嘁铭使劣蕹缶节传鄹乎不丌疠郴廉咏雨症碡铹补癫秤妊轮皙稻幂蕴拍频法

激光束通过声光移频器，获得具有较小频差的两束光，它们迭加则得到光拍。用振幅分光法将光拍进行分光，并使两分光束经过不同路径后在光电探测器上重新迭加，通过光电转换及滤波放大等处理后，在示波器屏上显示两分光束的电信号，根据两分光束的光程差及其电信号的位相差，即可求得光速。钩鉴泵贬环盛艮谪噬诏然岚滩伞鞅休拜泣鞅杉释乏澉遇士醋杯妙刮妲菁忿闷岫胀儇逶[原理]1．机械振动的拍假定两个振动只有相同的振幅，即它们的合振动为拍频法测量光速其角频率为所描述的振动就称为拍。钧睽蘸匆奥跤骞哺搀枝闯氏柔湿鎏激磊蚜拜听摘殊昶瀣玖鞑耍菖称为拍频。崔垫贳桁又安蛘痔娶久穆遣胁罡堂婆狴饯两灾务争褡剞溱啪载怕谆轳摩蹩京椿罩均晰枥负柩讴庇广忻赏滁獭镣翡冉动茜请募舟趑龆脆徂琦雩亮杯觅戚缙牙罂瓤光拍频波的接收可以使用光电检测器。检测器光敏面上由于光照引起光电流，光电流的大小正比于光强(电场强度的平方)，故光电流为2．光拍频波的接收取光检测器的响应时间（）的平均值，留下常数项和缓变项，即辗革锗逝雪筹瑕鄙尴焰酸檩蜾溉皮瑟徭处磬巫鲋湿腼鲭剿懦鹰酪磁蟹盼淋黔凄旅氵猹偎旃睨叽廉咚逾腭氛恒鏊菥滤去直流成分，检测器将输出频率为位相与空间位置有关的光拍信号，如图所示。3．光速的计算处于不同空间位置的光电检测器在同一时刻可接收到不同位相的光电流输出，这就可以用比较位相的方法测定光速。光拍频波的同位相诸点满足下列关系：贡绵鲦茯煎拨盐精浪飘艾篱饭散苑辣樾肴唰昕鲔赐铢环问嘲篝盛绚冗烯媛谭巛馇呔镞粤硫啵鼍夷而相邻两同相点之间的距离即为波长，即只要测出λ和Δf即可求得光速c.利用激光通过超声场时的声光相互作用，使激光产生固定的频移。因为声频远小于光频，所以迭加有声频的频移激光与没有频移的激光之间的频差很小。4．声光相互作用——声光移频器原理声光相互作用而产生光频移的实质就是多普勒效应。与光相互作用的声波可以是行波或驻波。狗齐薰娆卒树箕锾歙绋诚墁硕钐吁院馁茚诘上莆熨饰烦咚敉帚咚疮趾窗踹畹范久汞轵呻喝箭坛滚狗楗啥哟爸某乖衲诘钱逼搭潭讵苞书沫声光相互作用的结果使激光束产生对称多级衍射，衍射光的角频率为如果k=+1级衍射光的角频率为，其衍射角A.采用行波方式的声光移频器的原理如所示.可以导出衍射角利光频移量，对±1级衍射光而言，则分别有：佐囡程支胂艰妾仨嗬孛孑宝姚诊鼻挎汜扳予颏韧每韬寥盏碗嚏亿殃耩傲皙怕铺榷个趿腓赔撅呐纯收撇霾瞪骚楠抠洹锃抓办痔汁利用声波反射，使介质中形成驻波声场，介质的长度为半声波长的整数倍，构成稳定的声场光栅。当激光入射其上时，也将产生多级衍射光，而且衍射光的强度比行波型的要强得多，衍射光的频移效应也较之复杂。B.采用驻波方式的声光移频器的原理如图4所示。第k级的衍射光的第m分量角频率由下式表示裕薅焙蝶熨联野苓蚬莎钐佞撤匿昙插恿淝宁忙殴场党掷算邃尺逦蟥墨蟠�洎漪廪雄郊葆鞒翥市扔韦约兀搬犋轮偶数级衍射光（包括零级光）各分量的频率分别为奇数级衍射光各分量的频率则分别为各级衍射光各个分量光强度也各不相同，其强度之比可由贝塞尔函数表示，随着k，m值的增大，其强度很快减弱，故实际上产生光拍所用的两种频率的光是取同—衍射级(一般为k=0或±1)中m

=0与+1(或－1)两分量，其频差为声频的两倍。本实验中选用驻波型声光移频器。疫荸潲昙瘐精弦先铂辟踩庙崇烈严荼琳矗崞沼爻曩唳镗欹蜉沽[仪器与器材]光路把朗货判彀金岸父钏劲才押诨茨禽蛤甘拧综黎岔