光拍頻法測(cè)量光速

光拍頻法測(cè)量光速第1頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月背景（意義）

基本物理常數(shù)：真空中光速с，普朗克常數(shù)h、基本電荷e、電子靜止質(zhì)量me和阿伏伽德羅常數(shù)NA等。1.是其它二級(jí)物理常數(shù)的基礎(chǔ)，如：普朗克公式，里德伯常數(shù)，真空中的介電常數(shù)，精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)等等2.基本單位—“米”的定義：

實(shí)物基準(zhǔn)：20世紀(jì)50年代前。受外界物理化學(xué)過程環(huán)境等影響。

量子計(jì)量基準(zhǔn)：量子躍遷（1960年11屆規(guī)定：“長度單位米(m)等于氪86Kr原子的2P10和5d5能級(jí)之間的躍遷所對(duì)應(yīng)的輻射在真空中的1650763.73個(gè)波長的長度”；1967年13屆規(guī)定的銫原子鐘，即“時(shí)間單位秒是銫-133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間的躍遷所對(duì)應(yīng)的輻射的9192631770個(gè)周期所持續(xù)的時(shí)間”等），但隨更精確的量子躍遷過程的發(fā)現(xiàn)而變化。

物理常數(shù)基準(zhǔn)：1983年17屆決定：“米是光在真空中(1／299792458)秒的時(shí)間間隔內(nèi)行程的長度”3.基本物理常數(shù)的準(zhǔn)確值增加一位，就有可能發(fā)現(xiàn)物理學(xué)中前所未知的矛盾，或獲得解決目前所存在的某個(gè)矛盾的線索。第2頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月光速測(cè)量方法：木衛(wèi)蝕法（1676羅默）光行差法（1727布拉德雷）旋轉(zhuǎn)齒輪法（1849菲索）旋轉(zhuǎn)平面鏡法（1851傅科）旋轉(zhuǎn)棱鏡法（1933邁克爾遜）微波諧振腔法（1950年艾森）

激光測(cè)速法（1970美國國家標(biāo)準(zhǔn)局和國立物理實(shí)驗(yàn)室）

光拍頻法（1966Karolus和Helmberger用聲光頻移技術(shù))第3頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月一、原理1.光拍的產(chǎn)生及特征根據(jù)振動(dòng)疊加原理，兩列速度相同、振面相同、頻差較小而同向傳播的簡諧波疊加即形成拍。若有振幅相同為E0、圓頻率分別為ω1、ω2(頻差較小)的兩列沿x軸方向傳播的平面光波若這兩列光波的偏振方向相同，則疊加后的總場為：E的振幅是時(shí)間和空間的函數(shù)，以頻率Δf周期性地變化，稱這種低頻的行波為光拍頻波，簡稱拍頻。第4頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月拍頻波在某一時(shí)刻的波形圖上圖拍頻波頻率為：第5頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月用光電探測(cè)器接收光的拍頻波，探測(cè)器光敏面上光照反應(yīng)所產(chǎn)生的光電流與光強(qiáng)(即電場強(qiáng)度的平方)成正比

將直流成分濾掉，即得頻率為拍頻Δf

的光拍信號(hào)。2.光拍的接收與光電流第6頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月

光拍信號(hào)的位相與空間位置有關(guān)。如果將光拍信號(hào)一分為二，分為近程光和遠(yuǎn)程光兩部分，設(shè)近程光光程為ｘ1，遠(yuǎn)程光光程為ｘ2，光程差為ΔＬ

，位相差為ΔΨ，根據(jù)上式應(yīng)有光拍頻波通過不同的光程后入射同一光電探測(cè)器，則該探測(cè)器所輸出的兩個(gè)光拍信號(hào)的位相差與兩路光的光程差之間的關(guān)系仍由上式確定。當(dāng)Δψ

=2π時(shí)，ΔL=Λ，即光程差恰為光拍波長，此時(shí)上式簡化為可見，只要測(cè)定了Δf和Λ，即可確定光速。3.光速公式的導(dǎo)出第8頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）相拍二光波的獲得通過超聲與光波的相互作用來獲得產(chǎn)生拍頻波的二光波。超聲(彈性波)在介質(zhì)中傳播，引起介質(zhì)折射率的周期性變化，就使介質(zhì)成為一個(gè)位相光柵。當(dāng)入射光通過該介質(zhì)時(shí)發(fā)生衍射，其衍射光的頻率與聲頻有關(guān)。具體方法有兩種1.行波法：2.駐波法：式中L,m=0,±1,±2,…?？梢?，即使在同一級(jí)衍射光內(nèi)也含有不同頻率的光波。因此，用同一級(jí)衍射光就可獲得不同的拍頻波。

第9頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月CG-Ⅲ型光速測(cè)定儀光路圖

CG-V型光速測(cè)定儀（南京激光儀器廠生產(chǎn)）三實(shí)驗(yàn)裝置圖第10頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月CG-V型光速測(cè)定儀光路圖

三實(shí)驗(yàn)裝置圖第11頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月CG-V型光速測(cè)定儀光路圖

三實(shí)驗(yàn)裝置圖第12頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月CG-V型光速測(cè)定光路圖CG-V型光速測(cè)定儀光路圖

第13頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月重復(fù)上述步驟進(jìn)行多次測(cè)量，求其平均值及平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差：四．實(shí)驗(yàn)步驟（略）實(shí)驗(yàn)中，用斬光器依次切斷光束①和②，則在示波器屏上同時(shí)顯示光束①和②的拍頻信號(hào)的正弦波形。調(diào)節(jié)兩路光的光程差，當(dāng)程差恰等于一個(gè)拍頻波長Λ時(shí)，兩正弦波的位相差恰為2π，波形第一次完全重合，這時(shí)有：從導(dǎo)軌上測(cè)得Λ，用數(shù)字頻率計(jì)測(cè)得功率信號(hào)源的輸出頻率F，根據(jù)上式可得出空氣中的光速c。結(jié)果表示：第14頁，課件