光拍法测光速

向声行波通过。当角频率为?0的激光束通过声光介质时，超声波与激光单色波相互作用的结果，使激光束产生对称多级衍射和频移。第L级衍射光的角频率为?L??0?L?。通过仔细调节光路，可以使两束光平行叠加，产生频差为????1-?2??的光拍波频。 一、 实验装置

本实验采用CG-III型光速测量仪测定光速。主机结构如图3所示。实验还配备了示波器，共焦球面干涉仪及数字频率计一台。

光源采用He-Ne激光器，输出波长为632.8nm，功率大于1mW的激光束。激光射入声光调制器以后得到具有两种频率以上的衍射光。我们取L=1的第一级衍射，其中m=0,-1两种能量最强的频率成分叠加，可以得到拍频为2?的光拍波频。

由于He-Ne激光器的噪声和频移光束中不需要的成分很多，致使信号淹没在噪声之中，难以分辨。为提高信噪比，本实验采用声光表面波滤波器抑制噪声。

我们在实验中采用双光束相位比较法来进行相位比较，原理如图4所示。

12 11 10 9 7 b 6 5 a 13 4 8 3

图3 光拍法测光速的电原理图

He-Ne激光器 声光频仪器 光路系统 光电接收器 除2 本征 混频器 频率计 高频信号源 选频器 选频放大 选频放大 示波器

图4 双光束相位比较法原理图 光拍信号进入光电二极管后转化成光拍频电信号，经混频选频放大，输出到示波器的Y输入端。与此同时，将高频信号的另一路输出信号作为示波器的外触发信号。当斩波器高速旋转挡住进程光和远程光时，由于人眼的暂留效应及示波器的余辉效应，可以同时显示出近程光和远程光和零信号的波形。通过改变远程光的光程，使波形与近程波形重合。此时远程光和近程光的光程差为拍频波长?。

二、 实验内容 1、

光速仪的检查与调整

(1) 打开交流稳压电源，预热两分钟，电压升至220V。

(2) 光速测量仪应处于水平状态。打开激光电源，控制激光点燃和熄灭。插上测速仪插头。

(3) 调整光栏高度和水平位置，是激光的0级光斑，或±1级衍射光斑通过，并照射在位于其后的反射镜中心。 2、

测量声光效应产生的频移

（1）把反射镜放在2处，调节反射镜和扫描干涉仪，使激光束正

对扫描仪的入射小孔，反复调节扫描仪，使激光束与干涉仪接近准直状态。示波器处于X-Y扫描模式，观察激光的纵模。 （2）根据扫描干涉仪的自由光谱区确定激光纵模间距，与理论值

进行比较（激光腔长21.9cm）。本实验所使用的扫描干涉仪自由光谱区为2667MHz。

（3）打开信号发生器，调节输出频率为15MHz左右。观察第一级

衍射光中频率的分布，微调信号发生器的输出频率，观察光强度的变化。衍射效率最高时，用纵模间距定标，测量该级衍射光中各成分的频差，比较频率计读数。

（4）微调扫描干涉仪的水平位置，分别观察0，±1，±2级衍射

光中的频率分布，分析奇偶衍射光中频率及强度分布的不同。 3、双光束相位比较法测量光速

（1）近程光（光路a）的调节。把反射镜放在3处，转动斩波器扇

轮13，是近程光通过半反镜4，在经过半反镜5进入光电探测器前集光透镜。再调整半反镜5的方位角和俯仰角及光电探测器中光电二极管的位置，是激光射入光电二极管，并使示波器上近程光束的正弦波幅值达到最大。

（2）远程光（光路b）的调节。用斩波器13切断近程光，按图所

示的远程光行进方向，逐次细调半反镜4和全反镜6～12的方位角和俯仰角，使光束依次投射到下一个反射镜的中心，直至射入光电二极管，并使示波器上远程光束的正弦波幅值达到最大。

（3）打开“±15V稳压光源”右侧的“斩波器”电源开关，示波器

荧光屏上将同时出现近程和远程光束所产生的两个正弦波形。如果它们的幅值不相等，可调节光电二极管前的透镜，改变进入检波器的光敏面光强的大小，使近程和远程光束的幅值接近相等。调节信号发生器输出频率使之接近声光转换器的中心频率时，波形为最大。

（4）缓慢移动光速仪上的滑动平台，改变远程光的光程，使示波

器上的两束光的正弦波性完全重合。此时，近程光和远程光的光程差等于光拍频波的波长，即L=?。

（5）近程光光程值为215mm，远程光光程除AB和CD外，为9037mm。

信号发生器的输出频率?可以从数字频率计上读出。根据测量结果求出光速c的值。