文档介绍：实验 3-5 光拍频法测量光速背景(意义) 基本物理常数:真空中光速с,普朗克常数 h、基本电荷 e、电子静止质量 m e和阿伏伽德罗常数 N A等。 1. 是其它二级物理常数的基础,如: 普朗克公式,里德伯常数,真空中的介电常数,精细结构常数等等 2. 基本单位—“米”的定义: 实物基准: 20世纪 50年代前。受外界物理化学过程环境等影响。量子计量基准: 量子跃迁(1960 年11届规定: “长度单位米(m) 等于氪 86 Kr 原子的 2P 10 和 5d 5能级之间的跃迁所对应的辐射在真空中的 个波长的长度”;1967 年13届规定的铯原子钟,即“时间单位秒是铯-133 原子基态的两个超精细能级之间的跃迁所对应的辐射的 9192631770 个周期所持续的时间”等) ,但随更精确的量子跃迁过程的发现而变化。物理常数基准: 1983 年17届决定: “米是光在真空中(1/299 792458) 秒的时间间隔内行程的长度”3. 基本物理常数的准确值增加一位,就有可能发现物理学中前所未知的矛盾,或获得解决目前所存在的某个矛盾的线索。?? 1 1π8 3 3??? kT hνec hνν,Tρ 320 42)4( 2 ch me R ?????20 01c???c4ππ eα 0? 2?光速测量方法: 木卫蚀法( 1676 罗默) 光行差法( 1727 布拉德雷) 旋转齿轮法( 1849 菲索) 旋转平面镜法( 1851 傅科) 旋转棱镜法( 1933 迈克尔逊) 微波谐振腔法( 1950 年艾森) 激光测速法(1970 美国国家标准局和国立物理实验室) 光拍频法( 1966Karolus 和 Helmberger 用声光频移技术) 一、原理 ,两列速度相同、振面相同、频差较小而同向传播的简谐波叠加即形成拍。若有振幅相同为 E 0、圆频率分别为ω 1、ω 2(频差较小)的两列沿 x轴方向传播的平面光波?? 11101?????xkt cos EE若这两列光波的偏振方向相同,则叠加后的总场为: ??????????????????????????????2 )(2 cos 22 cos 2 212121210 21 ????????c xtc xtE EEEE 的振幅是时间和空间的函数,以频率Δ f 周期性地变化, 称这种低频的行波为光拍频波,简称拍频。?? 22202?????xkt cos EE拍频波在某一时刻的波形图????2 222 ????????????f上图拍频波频率为: ????????????????????????????2222 2 212121210 ????????)c xt( cos c xt cos EE用光电探测器接收光的拍频波,探测器光敏面上光照反应所产生的光电流与光强(即电场强度的平方)成正比???????????????????????)(Δ cos 1 21 20 _???c xt gE i将直流成分滤掉,即得频率为拍频Δf的光拍信号。????????????????????????????2222 2 212121210????????)c xt( cos c xt cos ??2 ??? Ef??2 ???交流 if 光拍信号的位相与空间位置有关。如果将光拍信号一分为二,分为近程光和远程光两部分,设近程光光程为 x 1,远程光光程为 x 2,光程差为ΔL,位相差为ΔΨ,根据上式应有c Lfc Lc xx c xtc xt????????????????????????????????????2 12 2 1光拍频波通过不同的光程后入射同一光电探测器,则该探测器所输出的两个光拍信号的位相差与两路光的光程差之间的关系仍由上式确定。当Δψ=2 π时, ΔL=Λ,即光程差恰为光拍波长,此时上式简化为可见,只要测定了Δ f 和Λ,即可确定光速。Λfc??????????????????????????)(Δ cos 1 21 20 _???c xt gE (二)相拍二光波的获得通过超声与光波的相互作用来获得产生拍频波的二光波。超声(弹性波)在介质中传播,引起介质折射率的周期性变化, 就使介质成为一个位相光柵。当入射光通过该介质时发生衍射,其衍射光的频率与声频有关。具体方法有两种 : : FmLff mL)2( 0,???式中 L,m = 0, ±1, ±2,…。可见,即使在同一级衍射光内也含有不同频率的光波。因此,用同一级衍射光就可获得不同的拍频波。 LF ff L?? 0CG- Ⅲ型光速测定仪光路图 CG-V 型光速测定仪(南京激光仪器厂生产) 三实验装置图