相位法光速测量实验本实验采用内调制被测信号的光强,测量光强调制波传播距离变化所引起的相应相位变化,最终测定光速,并可以测量有机玻璃、人造水晶、无水乙醇等介质的折射率
一、实验目的1、了解相位法测量光速的频率和波长,从而确定光速的实验原理
2、学会用相位法测量光速以及介质折射率
二、实验仪器实验装置: 导轨(长 1m,包含半导体激光器、 调制及接收装置)、90 反射镜、介质测量装置、f50 透镜数字相位计、示波器三、实验原理采用频率为 f 的正弦型调制波, 调制波在传播过程中其位相是以2为周期变化的
表达式为: I=I0 [1+mcos2 f(t-x/t)] (1) 式中 m为调制度, cos2f (t-x/t)表示光在测线上转播的过程中,其强度的变化犹如一个频率为f 的正弦波以光速 c 沿 x 方向转播
设测线上 A 和 B 两点的位置坐标分别为x 1和 x 2 ,当这两点之间的距离为调制波波长的整数倍时,该两点间的相位差为:212 () /2x xn(2)式中 n 为整数
反过来,如果我们能在光的传播路径中找到调制度的等相位点, 并准确测量它们之间的距离, 那么这距离一定是波长的整数倍
设由 A 点出发的调制波,经时间t 后转播到 A 点, AA 之间的距离为 2D
则 A 点相对于 A 点的相移为=wt=2ft, 如图 1(a)所示
然而我们不可能用一台测相系统对AA 间的这个相移量进行直接测量
解决这个问题的较好方法是在AA 的中间 B设置一个反射器,由A 点发出的调制波经反射器反射返回A 点,如图 1(b)所示,光线由ABA 所走过的光程为 2D,而且在 A 点反射波的位相落后=wt
如果以入射波作为参考信号(或作为基准信号),将它与反射波(以下称为被测信号) 分别输入到相位计的两个输入端,由相位计读出基准信号和被测信号之间的相位差
图 1 位相法测波长原理图本实验