光拍频法测光速

实验名称：光拍频法测光速 一、实验目的
1. 理解光拍概念及其获得
2. 掌握光拍频法测量光速技术。

二、实验原理
光拍频法测量光速实验装置如图六所示。

高频信号源产生角频率为Ω的超声波信号输入声光频移器，在声光介质中形成驻波声场，介质成为超声相位光栅，632.8nmHe-Ne 激光在通过介质时发生衍射。

任一级衍射光都可用来作本实验的工作拍频光束，一般用一级光，因为信号成分较强。

分近程和远程二路光到达光电检测器，不同光程的光拍频波具有不同的相位。

光程差为零，则相位差为零，即同相。

逐渐增加至相位差又为零时，
则光程差恰为一个光拍波长，即L S ∆=∆λ。

又F f 2=∆（F 是与Ω相应的频率），则L F c ∆=2。

光电检测和显示系统任一时刻都只检测和显示二光路之一的光拍频波信号。

我们用一小电机驱动旋转式斩光器，它任何时刻只让一束光通过达到光电检测器，截断另一束。

斩光器的旋转，使两路光交替达到光电检测器并显示出波形。

利用示波管的余辉，示波器单通道上可“同时”看到两路光拍频波波形，以达到比较两路光拍频波相位的目的。

应当指出，为了正确比较相位，必须统一时基，示波器工作切不可用内触发同步，要用高频信号作为示波器外触发同步信号，否则将会引起较大测量误差。

三、实验步骤
1. 仪器连接
光速测定仪高频信号源插孔连至函数信号发生器输入插孔，分频器Y 、EXT 插孔分别连至示波器Y 、EXT 插孔。

2. 仪器调整
接通仪器电源开关。

高频信号源
示波器
滤波放大器
数字计数器
半反镜
半反镜 1级
驻波型 声光频移器
②
He-Ne 激光器
① ①
②
② 0级 0
ωEXT
Y
图六 光拍频法测量光速实验装置
Ω
Ω
2
函数信号发生器扫描/计数按键选择EXT COUNT ，WIDTH 、 RATE 旋纽逆时针旋到底，其余任意。

示波器MODE 选择CH2，SWEEP MODE 选择AUTO ，TRIGGER SOURCE 选择EXT ，VOLTS/DIV 和SEC/DIV 根据输入信号适当选择，其余弹起。

调节激光电源电位器，使毫安表指示5mA 左右，以最大激光光强输出为准，15分钟之后激光器输出趋于稳定。

接通±15V 稳压源开关，调节激光束通过声光介质并与驻波声场充分互相作用（通过调节声光频移器底座螺丝完成），调节频率微调旋纽，使产生二级以上最强衍射光斑。

3. 光路调节
光栏高度与反射镜中心等高，使＋1级或－1级衍射光通过光栏入射到相邻反射镜中心。

用斩光器挡住远程光，调节相应全反镜和半反镜，使近程光沿光电二极管前透镜光轴入射到光电二极管光敏面上，打开光电检测器盒之上窗口可观察激光是否进入光敏面，此时，示波器上应有与近程光相应的经分频的光拍波形出现。

用斩光器挡住近程光，调节相应半反镜、全反镜和正交反射镜组，与近程光同路入射到光电二极管光敏面上，示波器上应有与远程光相应的经分频的光拍波形出现。

以上二步骤应反复调节，直至达到要求。

光电二极管光敏面的方位可通过调节光电检测器盒之上相应旋纽使示波器上显示最大振幅来确定。

4. 双光路相位比较
接通斩光器电机开关（在±15V 稳压源上），调节微调旋纽使斩波频率约30Hz 左右，则借助示波管的余辉可在示波器上同时显示近程光、远程光和零信号的波形。

打开相位调节开关，按下左右移动按键，移动导轨之上正交反射镜滑块，改变远、近程光的光程差，可使相应二光拍信号同相（相位差为2π）。

如改变二光束的相位差（例相位差为π），则可用两片短路反射镜插入相应位置，则远程光的部分光程被短路。

重复上述调节，可使二光拍波形达到既定的相位差。

5. 测量与计算 测量光程差L ∆，高频信号源工作频率F ，根据L F c ∆=2计算光速。

重复测量三次取平均值，并求相对不确定度。

四、实验数据结果
五、注意事项
1. 声光频移器引线及冷却铜块不得拆卸；
2. 各单元电路的直流电源必须按规定极性通电，严禁反接；
3. 切忌用手指或其他污秽、粗糙物品接触光学元件的光学面；
4. 切勿带电触摸激光电源和激光管电极等高压部位，以保证仪器与人身安全。

六、实验分析
本次实验在调节光路的过程中比较花时间，由于时间关系，要想将此试验做的很标准是有难度的。

根据我们的实验结果显示，远程光的峰值比较小，说明经过多次反射后光强减弱了，我想其原因是我们在调节反射光的过程中没有将光点调到各反射镜的正中央，导致光泄露；另一个原因就是远程光并未完全进入光敏面。

由实验结果显示，近程光和远程光的相位差不明显，这是由于二者的光程差接近波长。