光拍频法测量光的速度实验报告.docx

光拍频法测量光的速度实验报告成绩 评定 教师 签名 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： GSYIV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。 实验预习部分 假设有两列振幅相同，角频率分别为w1 和w2 的简谐波沿c方w1-kc+j1)E2=E0cos(w2-kc+j2)式中k=2p、k2=2p称向传播。E1=E0cos(1l2l1为波数，j1和 j2为初位相，这两列简谐波迭加后得 éw+w2æxöj-j2ùxöj+j2ù E=E1+E2=2E0coséw1-w2æ·cos1çt-÷+1çt-÷+1êë2ècø2úûêë2ècø2úû式中可见，E是以角频率为w1+w22xöj1+j2ù 的前进波。，振幅为 2E0coséw1-w2æt-ç÷+ê2c2úèøëû注意到其振幅是以角频率Dw=w1-w22随时间作周期性缓慢变化，所以称E为拍频波。 光拍信号的位相与空间位置有关。处在不同空间位置的光电检测器，在同一时刻有不同位相的光电流输出。 假设空间两点A、B(见图45)的光程差为 Dc，对应的光拍信号的位相差Dj，即 /Dj=Dw·Dc/c=2p×Df×Dc/c (414) 光拍信号的同位相诸点的位相差Dj 满足下列关系 Dj=Dw·Dc/c=2p×Df×Dc/c=2p×n (415) 则c=Df×Dc/n 式中，当取相邻两同位相点n=1 ，Dc恰好是同位相点的光程差，即光拍频波的波长/Dl。从而有Dc=Dl=c/Df或c=Df×Dl (416) 因此，实验中只要测出光拍波的波长Dl和拍频Df，根据式可求得光速c值。 2 实验预习部分 四、实验步骤： 本实验利用声光调调制测量HeNe激光(l=632.8nm)在空气中的传播速度c。并求测量标准偏差sc。与公认值比较，求百分误差。 1、实验装置的调试 (1) 按图5-36-4联接好所用仪器的线路，高频信号源的信号输出端接频率计FA，打开频率计开关，频率旋钮置于100Hz，扫频时间置于0.01s，打开高频信号源，分频器y轴输出端接示波器的y轴输入端，x轴输出端接示器x外触发(或EXT)。 (2) 接通激光光源的开关，调节工作电流至45mA(或小于4mA)，以最大激光光强输出为准，预热15分钟，使激光输出稳定，并调节激光束与装置导轨平行。 (3) 打开示波器电源开关，y轴增幅旋至2V/diV，x轴扫描时间旋至0.5s/diV，示波器右下四个旋钮分别置于：自动、+、内、AC。 (4) 接通稳压电源开关，直流电压为+15V(红灯亮)，电源正常供电。细心调节超声波频率，调节激光束通过声光介质并与驻声场充分互相作用，调节高频信号源频率微调旋钮，使之产生二级以上最强的衍射光斑。 (5) 调节光阑，用光阑选取所需的 光束，调节M0、M1方位，使路光都能按预定要求的光路进行。 (6) 按图5-36-4中的光路，调节各全反射镜、(a)同相 (b)有位相差 半反射镜调节架，使二光束均垂直入射到接图5-36-5 收头窗口，并注意使全反射镜和半反射镜处于同一高度，以保证光速通过多次反射后仍处于同一水平面上。 (7) 依次用斩光器分别挡住路或路光束，调节路或路光束使经其各自光路后分别射入光敏接收器，调节光敏接收器方位，使示波器荧光屏上能分别显示出它们清晰正弦波，正弦波有位相变化。调节出射光束与光探测器光敏面的相对位置，使得两束光产生的正弦波形幅度相等。当两束程差为拍频波的波长l时，两波形完全重合，如图5-36-5所示，否则有位相差；见图5-36-5(b)所示。 (8) 前后移动滑动平板，调节两路光的光程差，使示波器上两正弦波形完全重合，此时两路的光程差DL即为拍频波长l。 2、测量拍频的波长。 用米尺测量两光束的光程差DL，拍频Df=2F，其中F为超声波频率，由数字频率计读c=2F×DL出。精确测定功率信号源的频率F，反复进行多次，并记录测量数据，根据公式：计算He-Ne 激光在空气中的传播速度c，并计算标准偏差，并将实验值与公认值相比较进行误差分析。 3 五、实验数据记录： 实验数据处理 六、实验数据处理： 实验总结部分 七、实验结论与分析及思考题解答 1、对实验进行总结，写出结论： 2、思考题解答：