声光效应与光拍法测光的速度

          

摘要：本实验主要是利用声光效应原理及驻波法产生声光频移，利用光拍法测得光在空气中的速度。声光效应为光通过被声波扰动的介质时发生散射或衍射的现象。我们利用这一效应产生光拍频波。再用双光束相位比较法测量光速。

关键词：声光效应、频移、双光速相位比较法、光拍频波

引言

光速是最基本的物理常数之一，光速的精确测量和特性研究与近代物理学和实验技术的许多重大问题关系密切。由于光速的数值很大，光波的波长很小，其测量面临着一系列问题。直到1960年出现激光后，用激光得到现在认为最精确光速值c=(299 792 458±1)m/s。声光效应在光信号处理和集成光通讯方面有重要应用。

本实验利用声光效应可以产生光拍频波，最后通过对光拍频波光强信号的检测可以间接地测得光速。

实验原理

2.1     光拍频波

根据波的叠加原理,两束传播方向相同,频率相差很小的简谐波相叠加即形成拍。对于振幅都为E0，圆频率分别为ω1和ω2，且沿相同方向（假设为沿x方向)传播的两束单色光

  

它们的叠加为：

当ω1＞ω2,且Δω=ω1-ω2较小时，合成光波是带有低频调制的高频波，振幅为，角频率为，振幅以频率周期性地缓慢地变化。（如图1）

图1    拍的形成                       图2、Ic在某个时刻的空间分布

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学生实验报告

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近代物理学实验报告

               

—光拍频法测量光速

     实验组员：  付静静 091204121

陈聪 091204120

     实验班级：电信科学 091班

     指导老师：     李  鸣   

                   20##-12-15

一、实验目的

1、掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法,并对声光效应有一定初步了解；

2、通过测量光拍的波长和频率来确定光速。

二、实验原理

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若有振幅相同为E0，圆频率分别为E1和E2（频差较小）的两光束 ：

这两列光波的偏振方向相同，则叠加后的总场为：

 

,

上式是沿x轴方向的前进波，其振幅为

因为振幅以频率为 ，周期性地变化，所以被称为

拍频波，称为拍频，如果将光拍频波分为两路，使其通过

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 ，两路光的光程差，之间的关系仍由上式确定， 当时，恰为光拍波长，则：

 

三、实验安装

1. 滤波放大器

由于He-Ne激光器的噪声（噪声谱在25MHz以下）和频移光束之中频率成分很复杂，致使光拍信号被淹没在噪声中，无法观察。采用声表面波滤波器有效地抑制噪声，获得纯净的中心角频率为2W的光拍信号。滤波放大器方框图如图五所示。

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嘉应学院物理学院近代物理实验

实验报告

实验项目：光拍频法测量光的速度

实验地点：       

班    级：       

姓    名：       

座    号：       

实验时间：   年  月  日

一、实验目的：

1. 了解声光效应的应用。

2. 掌握光拍法测量光速的原理与方法。

二、实验仪器和用具：

GSY─IV型光速测定仪，XJ17型通用示波器，E324型数字频率计等。

三、实验原理：

根据振动振动迭加原理，两列速度相同，振面和传播方向相同，频差又较小的简谐波迭加形成拍。

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声光效应与光拍法测光的速度

                                                                       

【摘要】：

本实验利用扫描干涉仪测量激光的纵模间距及由声光效应产生的0级衍射劈裂；观察超声波的功率、声光晶体的转角对衍射现象的影响；根据声光效应原理采用驻波法产生拍频波,通过光速测量仪可对光速进行测量。通过本实验，了解光拍频波的概念、以及声光效应，掌握测量光速的技术。实验中测得激光的两纵模间距为614.75MHz；在超声波的频率为75MHz下0级衍射劈裂为122.95MHz；光速的大小为c=2.794×10⁸m/s。

关键词：

声光效应、光拍频波、光速、驻波法、双光束相位比较法

一、实验引言：

光速是最基本的物理常数之一，光速的精确测定及其特性的研究与近代物理学和实验技术的许多重大问题关系密切。光速已经直接用于距离测量，在国民经济建设和国防事业上大显身手，光的速度又与天文学密切相关，许多物理学中的基本常数都与光速有关。

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光速测量实验报告

实验目的：

1.      了解和掌握光调制的基本原理和技术

2.      学习和使用示波器测量同频正弦方波信号相位差的方法

3.      测量光在空气中的速度

实验仪器：

激光器、信号发生器、光接收器、示波器、反射镜等

实验原理

相位φ=κ*d，其中φ为相位差，κ为波数，d为光程差。实验采用平面镜改变光程差d,实验中可以通过测量平面镜之间的距离来确定光程差d。信号发生器为直流方波输出，则激光器发出激光脉冲。激光接收器收到激光信号后输出基频信号，且输出的信号为一正弦波，前后移动平面反射镜的距离，并测出移动的距离进而测出光程差Δd,由于光程差的改变，则信号反射光的信号的相位发生变化，由示波器上可以确定时间t1和t2，计算出时间差Δt=∣t1-t2∣，所以光速c=Δd/Δt。下面是测量图：

 

实验内容

1.      预习实验的内容，了解实验的目的，理解实验的原理，思考应当怎样把实验做好，实验过程中都要做什么，同时，复习一下示波器一些基本的使用和各个按键的功能。为实验做好准备工作。

2.      实验前，认真读完实验仪器的操作说明，了解实验仪器的基本结构，以及实验仪器各部分在实验中的功能和作用，分析实验中应该怎样正确的使用仪器，进入实验状态。

3.      在对实验分析的基础上，正确的连接线，把实验仪器连接摆放好

4.      调试实验仪器，由于如果反射镜离的太远，不利于实验中对实验仪器的调试，因此，在调试仪器阶段应当使反射镜离激光器近。同时，反射镜，激光器，信号接收器应该保持在同一水平面上。由信号发生器发出一矩形方波，作用在激光器上使激光器发出光脉冲，由反射镜反射的信号由接收器转换成正弦波，把正弦波与方波同时输入示波器，由于方波是很稳定的不随反射镜位置的变化，把触发信号选择成方波。

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光速的测量实验报告

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