光拍频法测量光的速度实验报告

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嘉应学院物理学院近代物理实验

实验报告

实验项目：光拍频法测量光的速度 实验地点： 班 级： 姓 名： 座 号：

实验时间： 年 月 日

一、实验目的：

1. 了解声光效应的应用。

2. 掌握光拍法测量光速的原理与方法。

二、实验仪器和用具：

GSY─IV型光速测定仪，XJ17型通用示波器，E324型数字频率计等。

三、实验原理：

根据振动振动迭加原理，两列速度相同，振面和传播方向相同，频差又较小的简谐波迭加形成拍。

实验预习部分

假设有两列振幅相同（只是为了简化讨论），角频率分别为?1 和?2 的简谐波沿?方

?1?k???1)E2?E0cos(?2?k???2)式中k?2?、k2?2?称向传播。E1?E0cos(1?2?1为波数，?1和 ?2为初位相，这两列简谐波迭加后得

????2?x????2?x????2? E?E1?E2=2E0cos??1??2??cos1?t???1?t???1??2?c?2????2?c?2??式中可见，E是以角频率为

?1??22x??1??2? 的前进波。，振幅为 2E0cos??1??2?t?????2c2?????注意到其振幅是以角频率????1??22随时间作周期性缓慢变化，所以称E为拍频波。

光拍信号的位相与空间位置有关。处在不同空间位置的光电检测器，在同一时刻有不同位相的光电流输出。

假设空间两点A、B(见图4—5)的光程差为 ??，对应的光拍信号的位相差??，即

//????????//c?2???f???//c (4—14)

光拍信号的同位相诸点的位相差?? 满足下列关系

????????//c?2???f???//c?2??n (4—15)

则c??f???/n

式中，当取相邻两同位相点n?1 ，??恰好是同位相点的光程差，即光拍频波的波长

/??。从而有??????c/?f或c??f??? (4—16)

因此，实验中只要测出光拍波的波长??（光程差?? ）和拍频?f（?f?2f， f为超声波频率），根据（4-16）式可求得光速c值。

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实验预习部分

四、实验步骤：

本实验利用声光调调制测量He─Ne激光(?=632.8nm)在空气中的传播速度c。并求测量标准偏差

?c。与公认值比较，求百分误差。

1、实验装置的调试

(1) 按图5-36-4（b）联接好所用仪器的线路，高频信号源的信号输出端接频率计FA，

打开频率计开关，频率旋钮置于100Hz，扫频时间置于0.01s，打开高频（超声波）信号源，分频器y轴输出端接示波器的y轴输入端，x轴输出端接示器x外触发(或EXT)。

(2) 接通激光光源的开关，调节工作电流至4~5mA(或小于4mA)，以最大激光光强输出

为准，预热15分钟，使激光输出稳定，并调节激光束与装置导轨平行。

(3) 打开示波器电源开关，y轴增幅旋至2V/diV，x轴扫描时间旋至0.5μs/diV，示波器

右下四个旋钮分别置于：自动、+、内、AC。

(4) 接通稳压电源开关，直流电压为+15V(红灯亮)，电源正常供电。细心调节超声波频

率，调节激光束通过声光介质并与驻声场充分互相作用（通过调节频移器底座上的螺丝完成），调节高频信号源频率微调旋钮，使之产生二级以上最强的衍射光斑。 ① ① (5) 调节光阑，用光阑选取所需的（零级或一级）② ② 光束，调节M0、M1方位，使①②路光都能按预定要求的光路进行。 (6) 按图5-36-4（a）中的光路，调节各全反射镜、(a)同相 (b)有位相差

半反射镜调节架，使二光束均垂直入射到接

图5-36-5 收头窗口，并注意使全反射镜和半反射镜处

于同一高度，以保证光速通过多次反射后仍处于同一水平面上。

(7) 依次用斩光器分别挡住②路或①路光束，调节①路或②路光束使经其各自光路后分

别射入光敏接收器，调节光敏接收器方位，使示波器荧光屏上能分别显示出它们清晰正弦波，正弦波有位相变化。调节出射光束与光探测器光敏面的相对位置，使得

两束光产生的正弦波形幅度相等。当两束程差为拍频波的波长?时，两波形完全重合，如图5-36-5（a）所示，否则有位相差；见图5-36-5(b)所示。

(8) 前后移动滑动平板，调节两路光的光程差，使示波器上两正弦波形完全重合（位相

差为2?），此时两路的光程差?L即为拍频波长?。

2、测量拍频的波长。

用米尺测量两光束的光程差?L，拍频?f?2F，其中F为超声波频率，由数字频率计读

c?2F??L出。精确测定功率信号源的频率F，反复进行多次，并记录测量数据，根据公式：

计算He-Ne 激光在空气中的传播速度c，并计算标准偏差，并将实验值与公认值相比较进

行误差分析。

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五、实验数据记录：

实验数据处理

六、实验数据处理：

实验总结部分

七、实验结论与分析及思考题解答 1、对实验进行总结，写出结论：

2、思考题解答：

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