光拍法測(cè)量光速

用光電探測(cè)器接收光的頻波，探測(cè)器光敏面上光照反應(yīng)與光強(qiáng)（即電場(chǎng)強(qiáng)度的平方）成反比。由于光波頻率f0高達(dá)1014Hz，光敏面來(lái)不及反映如此快的光強(qiáng)變化，迄今為止能反映頻率108Hz左右的光強(qiáng)變化（其響應(yīng)時(shí)間為10-8秒）。因此，任何探測(cè)器所產(chǎn)生的光電流只能是在響應(yīng)時(shí)間內(nèi)的平均值。式中g(shù)為探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換常數(shù)，是與拍頻相應(yīng)的圓頻率，為初相位。在某一時(shí)刻，光電流的空間分布()為正弦波，x方向上兩相鄰波谷之間的距離為，探測(cè)器輸出的光電流含有直流和光拍信號(hào)兩種成分。將直流成分濾掉，即得頻率為拍頻的光拍信號(hào)。光拍信號(hào)的位相又與空間位置x有關(guān)，即處在不同位置的探測(cè)器所輸出的光拍信號(hào)具有不同的位相。設(shè)空間某兩點(diǎn)之間的光程差為，該兩點(diǎn)的光拍信號(hào)的位相差為，根據(jù)上式應(yīng)有：如果將光拍頻波分為兩路，使其通過(guò)不同的光程后如射同一光電探測(cè)器，則該探測(cè)器所輸出的兩個(gè)光拍信號(hào)的位相差與兩路的光程差之間的關(guān)系仍由上式確定。當(dāng)時(shí)，，即光程差恰為光拍波長(zhǎng)，有：只要測(cè)定了和，即可確定光速c。為高頻信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率。此時(shí)測(cè)出的光速是光在空氣中的速度，若計(jì)算真空中的光速，應(yīng)乘以空氣的折射率，空氣的折射率由下式確定：式中n是空氣的折射率，t是室溫（0c）,p是氣壓（），e是水蒸汽壓（），=(1/273)0c,p0=760,b=5.510-8-1,ng由下式?jīng)Q定：其中，A=2876.0410-7,B=16.28810-7,C=0.13610-7,為載波波長(zhǎng)，單位為。對(duì)于氦氖激光器，=632.8nm。實(shí)驗(yàn)步驟：按G-=3\*ROMANIV型光速測(cè)定儀實(shí)驗(yàn)裝置圖連接線路，接通激光電源，調(diào)節(jié)電流至5mA左右。接通直流穩(wěn)壓電源，預(yù)熱一定時(shí)間后，調(diào)節(jié)功率信號(hào)源的輸出頻率至聲光頻移器的工作頻率，使衍射光最強(qiáng)。2、調(diào)整光路，調(diào)節(jié)圓孔光闌，使1級(jí)或0級(jí)衍射光通過(guò)。依次調(diào)節(jié)各全反鏡的調(diào)整架，使遠(yuǎn)程和近程兩光束在同一水平面內(nèi)反射、傳播，最后垂直入射到光電接收器的光敏面上。調(diào)節(jié)斬光的位置和高低，使兩光束均能從斬光器的開(kāi)槽中心通過(guò)。3、常規(guī)調(diào)節(jié)示波器后，調(diào)節(jié)斬光器，遮斷遠(yuǎn)程光而使近程光的光拍信號(hào)波形出現(xiàn)，微調(diào)功率信號(hào)源頻率，使波形幅度最大。再將斬光器轉(zhuǎn)至使遠(yuǎn)程光通過(guò)的位置，觀察遠(yuǎn)程光的光拍信號(hào)波形是否與近程光的幅度相等，如不相等，可調(diào)節(jié)最后一個(gè)半反鏡的傾角，以改變遠(yuǎn)程光進(jìn)入接收器的光通量，使兩波形的幅度相等（若遠(yuǎn)程光因發(fā)散強(qiáng)度太小，必要時(shí)還可在接收器外的光路上加一個(gè)會(huì)聚透鏡，將遠(yuǎn)程光會(huì)聚起來(lái)入射到接收器）。4、調(diào)節(jié)斬光器的微電機(jī)的直流電壓，即調(diào)節(jié)斬光器的旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)達(dá)到一定速度時(shí)，在示波器屏上同時(shí)顯示兩個(gè)正弦波，若波形的幅度不相等，可微調(diào)最后一個(gè)半反鏡的傾角，前后移動(dòng)導(dǎo)軌上的正交反射鏡，改變兩路光的光程差，使示波器上兩波形重合。此時(shí)，兩路光的光程差即為拍頻波長(zhǎng)。5、測(cè)量拍頻波長(zhǎng)，并用數(shù)字頻率計(jì)精確測(cè)定功率信號(hào)源的輸出頻率f。反復(fù)進(jìn)行多次測(cè)量，并記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算He-Ni激光在空氣中的傳播速度，求取平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差，并將實(shí)驗(yàn)值與公認(rèn)值相比較，進(jìn)行誤差分析。五、注意事項(xiàng)切忌用手或其它污物接觸光學(xué)元件表面。調(diào)整光路時(shí)，切勿帶電觸摸激光管電極等高壓部位，以免發(fā)生危險(xiǎn)。六、思考題1、分析本實(shí)驗(yàn)的各種誤差來(lái)源，并討論提高測(cè)量精確度的方法。2、光拍是怎樣形成的，它有什么特點(diǎn)？