文档介绍：光拍法测量光速
光在真空中的传播速度是一个极其重要的基本物理量,许多物理概念和物理量都与它有密切的联系，因此光速的测量是物理学中的一个十分重要的课题。本实验的目的是通过测量光拍的波长和频率来确定光速，掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法。
一、实验目的
掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法，并对声光效应有一初步了解。
通过测量光拍的波长和频率来确定光速.
二、原理
根据振动叠加原理，频差较小，速度相同的两列同向传播的简谐波叠加即形成拍。若有振幅相同为E０、圆频率分别为和（频差较小）的二光束：
式中,为圆波数,
,则叠加后的总场为: 图1 拍频波场在某一时刻t的空间分布
上式是沿轴方向的前进波，其圆频率为,振幅为，因为振幅以频率为周期性地变化，所以被称为拍频波, ,使其通过不同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时，L=，恰为光拍波长,此时上式简化为:,可见,只要测定了和,即可确定光速.
为产生光拍频波， 要求相叠加的两光波具有一定的频差， 这可通过超声与光波的相互作用来实现。超声（弹性波)在介质中传播，使介质内部产生应变引起介质折射率的周期性变化
，就使介质成为一个位相光栅。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,一种是行波法，如图２（a）所示,在声光介质与声源（压电换能器）相对的端面敷以吸声材料，防止声反射，以保证只有声行波通过介质。当激光束通过相当于位相光栅的介质时,使激光束产生对称多级衍射和频移,第Ｌ级衍射光的圆频率为,其中的是入射光的圆频率,为超声波的圆频率,Ｌ＝０，±1,±2,。。。为衍射级。利用适当的光路使零级与+l级衍射光汇合起来， 沿同一条路径传播，即可产生频差为的光拍频波。
另一种是驻波法，如图２（b）所示，在声光介质与声源相对的端面敷以声反射材料,, 当介质的厚度恰为超声半波长的整数倍时，前进波与反射波在介质中形成驻波超声场, 这样的介质也是一个超声位相光栅,激光束通过时也要发生衍射,L级衍射光的圆频率为
若超声波功率信号源的频率为F＝W/2p, 则第L级衍射光的频率为
图2 相拍二光波获得示意图
式中L,ｍ=0,士１，±2，。.。,可见,除不同衍射级的光波产生频移外,在同一级衍射光内也有不同频率的光波。因此，用同一级衍射光就可获得不同的拍频波。例如，选取第1级（或零级），由ｍ＝０和ｍ=—1的两种频率成分叠加, 可得到拍频为2F的拍频波。
比较两种方法,显然驻波法有利。本实验采用的是驻波法制成的声光频移器.
三 仪器与装置
本实验所用仪器有ＣG-Ⅲ型光速测定仪、 ＳT—１6型示波器和数字频率计各一台.
１、光拍法测光速的电路原理:电路原理图如图3所示。
１）发射部分
长2５0ｍｍ的氦氖激光管输出激光的波长为6３2．８nm，功率大于１mｗ的激光束射入声光移频器中，同时高频信号源输出的频率为１5MHZ左右、功率1w左右的正弦信号加在频移器的晶体换能器上,在声光介质中产生声驻波，使介质产生相应的疏密变化，形成一位相光栅，则出射光具有两种以上的光频，其产生的光拍信号为高频信号的倍频。
图3 光拍法测光速的电原理图