光拍频法测量光速

1 光拍频法测量光速 引言 光波是电磁波，光速是最重要的物理常数之一。光速的准确测量有重要的物理意义，也有重要的实用价值。基本物理量长度的单位就是通过光速定义的。 十七世纪七十年代，人们就开始对光速进行测量。由于光速数值很大，早期测量都是应用天文学方法。1849 年菲索利利用转齿法实现了在地面实验室中测定光速，其测量方法是通过测量光波传播距离 s 和相应时间 t，由 c=s/t来计算光速。由于测量仪器限制，其精度不高。十九世纪五十年代以后，光速测量都采用测量光波频率 f和其波长 λ ，由c=fλ来计算光速。二十世纪六十年代，高稳定崭新光源激光出现以后，光速测量精度得到很大提高。1975 年第十五届国际计量大会提出在真空中光速为 c=299 792 458m/s。 光速测量方法很多，经典现代都有。本实验用光拍频法来测量。该方法集声、光、电于一体，所以通过本实验，不仅可学习一种新的光速测量方法，而且对声光调制的基本原理、衍射特性等声光效应有所了解。 我们希望本实验提出和解决问题的思路对启发和扩展学生的思路会有所帮助。 实验目的 1. 理解光拍概念及其获得 2. 掌握光拍频法测量光速技术。 实验原理 光拍频法测量光速是利用声光频移法形成光拍，根据光拍的空间分布，测量光拍频率和光拍波长，从而间接测定光速。 1. 光拍的形成 根据振动叠加原理，二列速度相同、振面相同、频差较小而同向传播的简谐波相叠加即形成拍。 设振幅 E 相同（仅为简化讨论）、角频率分别为1 和2（频率相应为 f1 和 f2，频差Δ f= f1-f2 f1、f2）的二列光波 1111c o sxktEE 2 2222c o sxktEE 式中k1=2/1 和k2=2/2 为波数， 1 和 2 为初相位。 二列光波叠加之后得 21EEES   22c o s22c o s221212121cxtcxtE (1) 合成波是沿 x 方向的前进波，其角频率为221 ，振幅为  22cos22121cxtE，系带低频调制的高频波。显然，ES 的振幅是时间和空 间 的 函 数，以 频 率221 f作周期性变化，称此低频行波为光拍频波，f即光拍频率（简称拍频），S即光拍波长，如图一所示。 2. 光拍的检测 用光电检测器（如光电倍增管等）接收光拍频波，可把光拍信号变为电信号。在光电检...