文档介绍：1
光拍频法测量光速实验
一、实验目的
1•掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法，。
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
的简谐波叠加即对称多级衍射和频移，第L级衍射光的圆频率为•“y他，其中
-'0的是入射光的圆频率，Q为超声波的圆频率丄=0,±，土，…为衍射级。利用适当的光路使零级与+1级衍射光汇合起来，沿同一条路径传播，即可产生频差为Q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，以增强声
反射。沿超声传播方向，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，第L级衍射光的圆频率为
■，L,m='0
激光束通过时也要发生衍射，且衍射效率比行波法要高。
(L2m)Q
(6)
图2相拍二光波获得示意图
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若超声波的频率为F=「/2二，则第L级衍射光的频率为
L,m=fO+(L+2m)F式中⑺
L,m=0,土1,土2,...。可见，除不同衍射级的光波产生频移外频率的光波。，在同一级衍射光内也有不同因此，用同一级衍射光就可获得不同的拍频波。例如由m=0和m=-1的两种，选取第1级(或零级)频率成分叠加，可得到
Af=f°,0-f0,_j.=2F(8)
即拍频为2F的拍频波。本实验采用的是驻波法制成的声光频移器产生光拍频波。
三仪器与装置本实验所用仪器有光速测定仪、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
移频器中，同时高频信号源输出的频率为
器的晶体换能器上，在声光介质中产生声驻波，
,功率大于1mw的激光束射入声光17MHz左右、功率1w左右的正弦信号加在频移
使介质产生相应的疏密变化，形成一位相光
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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。
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令2
选频放大
混频器
示菠器
选频放大呈外触牡
频率计卜p両i話卜
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声光频移器一光路系统
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He-Nelaser
T光电接收赛
匡Y输入
~|混頻器
图3光拍法测光速的电原理图
2）光电接收和信号处理部分
由光路系统出射的拍频光，经光电二极管接收并转化为频率为光拍频的电信号，输入至混频电路盒。该信号与本机振荡信号混频，选频放大，输出到ST-16示波器的Y输入端。
与此同时，高频信号源的另一路输出信号与经过二分频后的本振信号混频。选频放大后作为ST-16示波器的外触发信号。需要指出的是，如果使用示波器内触发，将不能正确显示二路光波之间的位相差。
3）电源
激光电源采用倍压整流电路，工作电压部分采用大电解电容，使之有一定的电流输出，触发电压采用小容量电容，利用其时间常数小的性质，使该部分电路在有工作负载的情况下形同短路，结构简洁有效。
±15V电源采用三端固定集成稳压器件，负载大于300mA，供给光电接受器和信号处理
部分以及功率信号源。±15V降压调节处理后供给斩光器之小电机