實驗4-3_光速實驗_調(diào)制光強法

1、光速實驗光速實驗 -調(diào)制光強法調(diào)制光強法實驗4-3 聲光調(diào)制和光速測量vs入射光0+1+2-1-2反射膜換能器圖4-3-1 駐波型聲光調(diào)制器示意圖屏光速測量原理光外差信號：電差頻信號：斜率法 &半波長法10000KHz晶 振19704KHz本 振光 電 倍 增管混頻器移相器聲 光 調(diào) 制器激光器示波器反 射 角錐直角棱鏡導 軌 光速測量原理圖)2cos(400tUUsee2)2cos(300 xktUUsspp0 xmx 03602mfCs思考 如何測量頻率甚高的光？ 光速很快頻率很高，沒有實驗儀器能夠直接精確測量，但是光具有波粒二象性，可以利用態(tài)的疊加原理即光的干涉特性干涉特性，由于

2、干涉光的光強不僅與入射光強有關(guān)，還和相位差有關(guān)，而這里的相位差是人為可控或可測得的。在本實驗中相位差可以由光程差的改變而實現(xiàn)，光速作為未知參數(shù)出現(xiàn)，最終可以求出。 這種對于不可直接測量的物理量的間接測量方法與光的干涉實驗中（例如楊氏雙縫實驗或者邁克爾遜干涉實驗等等）測量波長或頻率的方法類似，通過光的干涉特性將極小波長放大成為可測量的干涉條紋的參數(shù)，從而求得需要的物理量的結(jié)果。 傅里葉光譜儀也使用了類似的干涉原理。思考 怎樣實現(xiàn)相位光柵？ 本實驗利用了介質(zhì)折射率與介質(zhì)所受應力的關(guān)系，通過超聲波改變介質(zhì)應力從而改變介質(zhì)折射率。用駐波形成的聲光柵是固定在空間的，不隨時間改變，從而簡化了分析過程。介質(zhì)

3、折射率的周期性改變使得光柵出現(xiàn)和消失也是周期性的，從而對衍射光強進行調(diào)制Raman-Nath駐波衍射當光束垂直于超聲傳播方向通過聲光質(zhì)時, 不論聲光互作用長度L如何, 同一時刻沿不同位置通過的光波具有不同的傳播速度或不同的光程, 出射光波的相位不同, 具有皺折波面。按照惠更斯-菲涅爾原理，波陣面上每一點都可視為一個新的波源, 由它發(fā)出次波, 沿波面法線傳播, 在空間相遇相干, 形成對稱于零級的多級衍射光。),2,1,0(sinmmkkmsismnLLknvvJIimm2)(),(2 當超聲波波長遠小于光波波長時可以近似看做單縫衍射。 正弦光柵單元衍射因子為：Im()Itt 圖圖 4-3-3 4

4、-3-3 0 0級衍射光以級衍射光以22s s調(diào)調(diào)制制實驗4-4 光速和介質(zhì)折射率的測量 實驗原理實驗原理 內(nèi)調(diào)制方式：直接用發(fā)光二極管LED將晶振信號對光強進行調(diào)制形成光強調(diào)制波。光速測量原理框圖移相器混頻器2混頻器1放大器G1 50.05MHzG2 50.10MHzL1L2BAMLEDPINXXY 測量介質(zhì)折射率 用李薩如圖形來判斷它們在導軌上的不同位置時所產(chǎn)生的相位差。還可以采用精密數(shù)字相位計代替示波器來測量，可以直接測量處于不同位置時所對應的相位值。思考 兩種實驗測量光速的異同 同：都是將高頻的光進行調(diào)制，調(diào)制光強變化頻率遠大于光本身頻率從而達到了降頻的效果。 異：前者使用聲光調(diào)制方式而后者是內(nèi)調(diào)制方式，直接用晶振頻率對LED光進行調(diào)制。最終的計算結(jié)果中不同的只是f，即光強調(diào)制頻率。03602mfCs思考 誤差來源 移動動鏡時測量位移x改變量的誤差 通過李薩如圖線判斷相位差是否為或2時，橢圓變?yōu)榫€段的判斷是人為決定的 儀器精度引入誤差 用最小二乘法求斜