文档介绍：实验3-5光拍频法测量光速1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me和阿伏伽德罗常数NA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)”;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。??11π833???kThνechνν,Tρ32042)4(2chmeR?????2001c???c4ππeα0?2?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)3一、,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E0、圆频率分别为ω1、ω2(频差较小)的两列沿x轴方向传播的平面光波??11101?????xktcosEE若这两列光波的偏振方向相同,则叠加后的总场为:??????????????????????????????2)(2cos22cos221212121021????????cxtcxtEEEEE 的振幅是时间和空间的函数,以频率Δf 周期性地变化,称这种低频的行波为光拍频波,简称拍频。??22202?????xktcosEE4拍频波在某一时刻的波形图????2222????????????f上图拍频波频率为:????????????????????????????22222212121210????????)cxt(coscxtcosEE5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???????????????????????)(Δcos12120_???cxtgEi将直流成分滤掉,即得频率为拍频Δf的光拍信号。????????????????????????????22222212121210????????)cxt(??2???Ef??2???交流if7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x1,远程光光程为x2,光程差为ΔL,位相差为ΔΨ,根据上式应有cLfcLcxxcxtcxt????????????????????????????????????21221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=2π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Δf 和Λ,即可确定光速。Λfc??????????????????????????)(Δcos12120_???(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。::FmLffmL)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。LFffL??09CG-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10