文档介绍：光拍法测量光速
从17世纪伽利略第一次尝试测量光速以来，各个时期人们都采用最先进的技术来测量光 速。现在，光在一定时间中走过的距离已经成为一切长度测量的单位标准，即“米的长度等 于真空中光在1/299792458秒的时间间隔中所传播的距离”。光速也已直接用于距离测量， 在国民经济建设和国防事来上大显身手，光的速度又与天文学密切相关，光速还是物理学中 一个重要的基本的常数，许多其它常数都与它有关，例如光谱学中的里德堡常数，电子学中 真空磁导率与真空电导率之间的关系，普朗克黑体辐射公式中的第一辐射常数，第二辐射常 数，质子、中子、电子、〃子等基本粒子的质量等都与光速c相关。正因为如此，巨大的魅 力把科学工作者牢牢地吸引到这个课题上来，几十年如一日，兢兢业业地埋头于提高光速测 量精度的事业。
［目的］
了解声光频移法获得光拍的方法。
掌握光拍法测光速的原理和实验方法。
熟练掌握用光速测定仪测量光速的技术。
本实验是采用高频声光器件，利用声光频移效应产生150MHz的拍频波，移动反光镜，用 示波器比较近程光与远程光的相位差，求得拍频波的波长和频率，测得光的传播速度。
［仪器］
光速测量仪(LM2000C)(包括光学系统及光路系统)、多功能等精度频率计 (HC-FIOOOL)、示波器(YB4320)。
［原理］
光拍的产生和传播
根据振动的迭加原理，频差较小、速度相同的二同向传播的简谐波相迭加即形成拍。考 虑频率分别为汁和£ (频差颂=较小)的光束(为简化讨论，我们假定它们具有 相同的振幅)：
E［ = Ecos("_3 + 0i)
E-, = E cos((z>2r - k2x + )
它们的迭加
=E1+E2 =2Ecos［^^(Z-^)+ ^LZ^］xcos［£l±£L(z_£) + fi±^］ (1)
2 c 2 2 c 2
是角频率为幼+饥,振幅为2Ecos［6?i ~^2 (/--) + 竺阻］的前进波。注意到奴的振 2 2 c 2
幅以频率颂=幼 饥 周期地变化，所以我们称它为拍频波，您■就是拍频，如图一所示:
2〃
Ei + E:
I归+甲2
2
图一光拍频的形成
我们用光电检测器接收这个拍频波。因为光检测器的光敏面上光照反应所产生的光电流
系光强(即电场强度的平方)所引起，故光电流为
io =gE
g为接收器的光电转换常数。把(1)代入(2),同时注意：由于光频甚高(人〉10i4 Hz), 光敏面来不及反映频率如此之高的光强变化，迄今仅能反映频率108Hz左右的光强变化，
并产生光电流；将，。对时间积分，并取对光检测器的响应时f ( —<r< —)的平均值。
结果，矽积分中高频项为零，只留下常数项和缓变项。艮化
1 r X
i0 = - - dt = gE'2{l + cos[A(y(r - —) + A^z?]} (3)
其中是与颂相应的角频率，△q = 9i-代为初相。可见光检测器输出的光电流包含有 直流和光拍频交变信号两种成分。滤去直流成分，即得频率为拍频颂，位相与空间位置有 关的光拍频电信号。
图二光拍的空间分布
图二是光拍信号在某一时刻的空间分布，如果接收电路将直流成分滤掉，即得纯粹的 拍频信号在空间的分市。这就是说，处在不同空间位置的光检测器，在同