光拍法测量光速

用光电探测器接收光的频波，探测器光敏面上光照反应与光强（即电场强度的平方）成反比。由于光波频率f0高达1014Hz，光敏面来不及反映如此快的光强变化，迄今为止能反映频率108Hz左右的光强变化（其响应时间为10-8秒）。因此，任何探测器所产生的光电流只能是在响应时间内的平均值。式中g为探测器的光电转换常数，是与拍频相应的圆频率，为初相位。在某一时刻，光电流的空间分布()为正弦波，x方向上两相邻波谷之间的距离为，探测器输出的光电流含有直流和光拍信号两种成分。将直流成分滤掉，即得频率为拍频的光拍信号。光拍信号的位相又与空间位置x有关，即处在不同位置的探测器所输出的光拍信号具有不同的位相。设空间某两点之间的光程差为，该两点的光拍信号的位相差为，根据上式应有：如果将光拍频波分为两路，使其通过不同的光程后如射同一光电探测器，则该探测器所输出的两个光拍信号的位相差与两路的光程差之间的关系仍由上式确定。当时，，即光程差恰为光拍波长，有：只要测定了和，即可确定光速c。为高频信号发生器的输出频率。此时测出的光速是光在空气中的速度，若计算真空中的光速，应乘以空气的折射率，空气的折射率由下式确定：式中n是空气的折射率，t是室温（0c）,p是气压（），e是水蒸汽压（），=(1/273)0c,p0=760,b=5.510-8-1,ng由下式决定：其中，A=2876.0410-7,B=16.28810-7,C=0.13610-7,为载波波长，单位为。对于氦氖激光器，=632.8nm。实验步骤：按G-=3\*ROMANIV型光速测定仪实验装置图连接线路，接通激光电源，调节电流至5mA左右。接通直流稳压电源，预热一定时间后，调节功率信号源的输出频率至声光频移器的工作频率，使衍射光最强。2、调整光路，调节圆孔光阑，使1级或0级衍射光通过。依次调节各全反镜的调整架，使远程和近程两光束在同一水平面内反射、传播，最后垂直入射到光电接收器的光敏面上。调节斩光的位置和高低，使两光束均能从斩光器的开槽中心通过。3、常规调节示波器后，调节斩光器，遮断远程光而使近程光的光拍信号波形出现，微调功率信号源频率，使波形幅度最大。再将斩光器转至使远程光通过的位置，观察远程光的光拍信号波形是否与近程光的幅度相等，如不相等，可调节最后一个半反镜的倾角，以改变远程光进入接收器的光通量，使两波形的幅度相等（若远程光因发散强度太小，必要时还可在接收器外的光路上加一个会聚透镜，将远程光会聚起来入射到接收器）。4、调节斩光器的微电机的直流电压，即调节斩光器的旋转速度。当达到一定速度时，在示波器屏上同时显示两个正弦波，若波形的幅度不相等，可微调最后一个半反镜的倾角，前后移动导轨上的正交反射镜，改变两路光的光程差，使示波器上两波形重合。此时，两路光的光程差即为拍频波长。5、测量拍频波长，并用数字频率计精确测定功率信号源的输出频率f。反复进行多次测量，并记录测量数据，计算He-Ni激光在空气中的传播速度，求取平均值及标准偏差，并将实验值与公认值相比较，进行误差分析。五、注意事项切忌用手或其它污物接触光学元件表面。调整光路时，切勿带电触摸激光管电极等高压部位，以免发生危险。六、思考题1、分析本实验的各种误差来源，并讨论提高测量精确度的方法。2、光拍是怎样形成的，它有什么特点？