光速的测量(位相法)
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对光速的四种测量方法(一)对光速的四种测量引言光速是自然界中的一个重要常数,也是物理学中的一个关键概念。
为了准确测量光速,科学家们利用了多种方法,并不断改进测量技术。
本文将介绍四种常用的光速测量方法,并对每种方法进行详细说明。
1. 法拉第干涉法•法拉第干涉法是通过测量光在不同介质中传播的速度来间接测量光速的方法。
•该方法利用了法拉第效应的原理,即光在不同介质中的折射率不同。
•通过测量光传播过程中的相位差,可以计算出光速的值。
2. 经典迈克尔逊干涉仪法•经典迈克尔逊干涉仪法是一种直接测量光速的方法。
•该方法利用了迈克尔逊干涉仪的原理,通过调节镜面的位置,使得两路光线相遇时产生干涉条纹。
•通过测量干涉条纹的移动速度,可以得到光速的准确数值。
3. 散斑法•散斑法也是一种直接测量光速的方法。
•该方法利用了散斑的特性,即由于光的波长很小,散斑的大小和形状对光速具有较高的敏感性。
•通过测量两个连续瞬时散斑的位置差,可以计算出光速的值。
4. 吸收法•吸收法是一种间接测量光速的方法,适用于有较高浓度的吸收材料。
•该方法利用了材料对光的吸收特性,通过测量光在材料中传播的距离和时间,可以计算出光速的值。
•由于材料的吸收特性对光速的测量具有一定的误差,因此该方法常常与其他测量方法结合使用。
结论通过以上四种测量方法,科学家们不断改进光速测量技术,为光速的准确确定做出了重要贡献。
不同的测量方法在不同领域具有不同的适用性,科学家们将继续探索更准确、更精确的光速测量方法,推动科学研究的发展。
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1. 法拉第干涉法•法拉第干涉法是利用法拉第效应测量光速的一种间接方法。
•法拉第效应是指当光通过不同介质时,光的传播速度会发生改变。
•通过测量光在不同介质中的传播速度差异,可以计算出光速的值。
•这种方法的优点是测量精度较高,但需要较为复杂的实验装置和较长的测量时间。
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2π为周期变化的。
表达式为:I=I 0[1+mcos2πf (t-x/t )] (1)式中m 为调制度,cos2πf (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λ的整数倍时,该两点间的相位差为:212()/2x x n φπλπ-∆== (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ϕ=wt=2πft,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→→所走过的光程为2D,而且在A点反射波的位相落后ϕ=wt。
A B A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正是基于上述原理,实验原理图如图2所示,激光器将晶体振荡器G2产生的频率100MHz的晶振信号对光强进行调制形成光电调制波,该光信号经90反射镜返回,经一透镜会聚到光电二极管PIN,PIN将收到的光调制信号进行光电转换,输出与LED同频的信号经放大器放大后送入混频器2,与加在该混频器上的本机振荡器G1产生的100.300MHz的晶振信号混频,得到差频为300KHz的信号,该信号通过移相器 送入示波器Y轴。
光速的测量方法是什么相信很多的人都知道光速是什么,但是大部分的人都不清楚光速是如何测量的?小编就和大家分享光速测量方法,来欣赏一下吧。
光速测量方法1.罗默的卫星蚀法光速的测量,首先在天文学上获得成功,这是因为宇宙广阔的空间提供了测量光速所需要的足够大的距离.早在1676年丹麦天文学家罗默(1644—1710)首先测量了光速.由于任何周期性的变化过程都可当作时钟,他成功地找到了离观察者非常遥远而相当准确的“时钟”,罗默在观察时所用的是木星每隔一定周期所出现的一次卫星蚀.他在观察时注意到:连续两次卫星蚀相隔的时间,当地球背离木星运动时,要比地球迎向木星运动时要长一些,他用光的传播速度是有限的来解释这个现象.光从木星发出(实际上是木星的卫星发出),当地球离开木星运动时,光必须追上地球,因而从地面上观察木星的两次卫星蚀相隔的时间,要比实际相隔的时间长一些;当地球迎向木星运动时,这个时间就短一些.因为卫星绕木星的周期不大(约为1.75天),所以上述时间差数,在最合适的时间(上图中地球运行到轨道上的A和A’两点时)不致超过15秒(地球的公转轨道速度约为30千米/秒).因此,为了取得可靠的结果,当时的观察曾在整年中连续地进行.罗默通过观察从卫星蚀的时间变化和地球轨道直径求出了光速.由于当时只知道地球轨道半径的近似值,故求出的光速只有214300km/s.这个光速值尽管离光速的准确值相差甚远,但它却是测定光速历史上的第一个记录.后来人们用照相方法测量木星卫星蚀的时间,并在地球轨道半径测量准确度提高后,用罗默法求得的光速为299840±60km/s.2.布莱德雷的光行差法1728年,英国天文学家布莱德雷(1693—1762)采用恒星的光行差法,再一次得出光速是一有限的物理量.布莱德雷在地球上观察恒星时,发现恒星的视位置在不断地变化,在一年之内,所有恒星似乎都在天顶上绕着半长轴相等的椭圆运行了一周.他认为这种现象的产生是由于恒星发出的光传到地面时需要一定的时间,而在此时间内,地球已因公转而发生了位置的变化.他由此测得光速为:C=299930千米/秒,这一数值与实际值比较接近。
浅析物理学中光速的测量方法光速是一个非常重要的物理常量,它与力学、电磁学、光学及近代物理中的许多定理、定律都有着密不可分的关系,下面是搜集的一篇探究光速测量方法的,欢迎阅读借鉴。
光速是最重要的物理常数之一,光速值的精确测量关系到许多物理量值精确度的提高。
光速的测量在光学的研究历程中有着重要的意义,其测量精度的每一点提高都反映和促进了相应时期物理学的发展。
本文主要对天文学方法和利用精密仪器实验方法进行分析。
光速是一个非常重要的物理常量,它与力学、电磁学、光学及近代物理中的许多定理、定律都有着密不可分的关系,故光速的测定历来为物理学界所普遍重视。
伽利略1607年首次尝试测量光速。
(Fazeiu)利用旋转齿轮机构,测得光速值约为3.15×108m/s,是第一次在地球上测得的比较准确的值。
传统的光速测定的基本途径2条:一种是利用光是电磁波的性质,测出光波的波长和频率再算出光速。
由于可见光的频率高,波长短,测频技术难度非常大,所以目前实验使用的光速测量仪器大多利用示波器测量微小的时间间隔,这种测量归因于精密的仪器,而且其测量的也仅仅是光在光纤中的速度,而非真空中的速度。
并且实验中缺少动手操作的过程,仅仅是读取一些数据。
本文提出的光速测量设计性实验的思路是根据光的电磁波性质,用光学基础,通过测定RCL电路的谐振频率从而导出光速的表达式。
以前许多科学家们探索了光的测量方法,下面介绍了以前的几种测量方法。
测量光速的方法通常分为天文学方法和利用精密仪器测光速方法两大类。
2.2恒星光行差法:1728年英国的天文学家James.Bradley发现,在地球绕太阳运行的一年内所有的恒星在天空中画出长半轴相等的椭圆。
其中在横道面内的恒星所画的椭圆蜕化成一条直线,通过太阳且垂直于黄道面直线上的恒星所画的椭圆退化成一个圆,从地球上看这些椭圆长轴的张角等于40.9",这种现象称为恒星的光行差。
这种现象是由于光的转播速度具有有限值而引起的。
普通物理实验III课程论文题目光速的测定学院物理科学与技术学院专业物理学类(师范)年级2014 级学号222014315231012 姓名张坷指导教师邓涛论文成绩答辩成绩2015年12 月18日光速的测定张坷西南大学物理科学与技术学院,重庆 400715摘要:光速的测定在光学的发展史上具有非常特殊而重要的意义。
它不仅推动了光学实验的发展,也打破了光速无限的传统观念。
本实验将采用一种新颖的方法来精确的测量光速,即通过测调制波的波长和频率来间接测定光速,方便又准确。
关键词:光速;位相法测波长;差频法测相位引言:光速的测定在16世纪第一次被测量,随着各个时期仪器和技术不断的提高,光速的真实数值的精确度也在不断的提高。
1983年,国际计量局召开第七次米定义咨询委员会和第八次单位咨询委员会决定,以光在真空中1/299792458秒的时间内所传播的距离为长度单位米(m)。
这样光速的精确值被定义为c=299,792,458m/s。
光速不仅是与天文学密切相关,还是物理学中一个重要的基本常数,如光谱学中的里德堡常数,电子学中真空磁导率与真空电导率之间的关系等等。
正是因为光速涉及着广泛的学科领域,才吸引着更多的学者去尝试提高光速的测量精度。
一、实验目的1.了解和掌握光调制的一般性原理和基本技术。
2.通过测量调制波的波长和频率来确定光速。
二、实验原理(一)利用波长和频率测速度我们知道光速C=λ·f。
由于光的频率很高,直接测量光的速度还在技术上存在很多困难。
如图1所示,假设第一列波为光波,其频率f很高,第2列波为调制在光波上的调制波,其频率f很高,第2列波为调制在光波上的调制波,其频率f比光波底很多。
从图中可以看出,调制波的传播速度就是光波的传播速度,这样就有:C=λ′·f′(1)由于调制波的频率f比光波的频率低很多,所以很容易精确测定,本实验f为100MHz,实验的关键在于测量调制波的波长λ′。
(b)图 1 光速测量基本原理Figure 1 The basic principle of the speed of light measurement(二)利用调制波波长和频率测速度我们也可以在光波上作一些特殊标记,称作“调制”。
相位差法测量光速光速是物理学中最重要的基本常数之一,也是各种频率的电磁波在真空中的传播速度,许多物理概念和物理量都与它有密切的联系,光速值的精确测量将关系到许多物理量值精确度的提高,所以长期以来对光速的测量一直是物理学家十分重视的课题。
许多光速测量方法巧妙的构思、高超的实验设计一直在启迪着后人的物理学研究。
光的偏转和调制,则为光速测量开辟了新的前景,并已成为当代光通信和光计算机技术的课题。
【目的与要求】1.掌握相位法测量光的传播速度。
2.了解调制和差频技术。
3.熟悉和掌握数字存储示波器的使用。
【原理】采用频率为f 的正弦型调制波,调制波长为0.65μm 的载波的强度,调制波在传播过程中其位相是以2π为周期变化的,表达式为:00cos(2()xI I I f t cπ=∆⋅⋅-+(1)如光接收器和发射器的距离为s ∆,则光的传播延时为s t c∆∆= , 其中c 为光速。
在s∆的距离上产生的相位差为22t f t Tφππ∆∆⋅⋅∆=⋅=。
被光电检测器接收后变为电信号,该电信号被滤除直流后可表示为:cos(2)U a f t πφ=⋅⋅⋅-∆(2)可得光速:2s c f πφ∆=⋅⋅∆ (3)如果光的调制频率非常高,在短的传播距离s ∆内也会产生大的相位差φ∆。
如果光的调制频率60.000MHz f =,当5m s ∆=时,就会使光信号的相位移达到一个周期 2φπ∆=。
然而高频信号的测量和显示是非常不方便的,普通的教学示波器不能用于高频信号的相位差测量。
设在接收端还有一个高频信号59.900MHz f '=作为参考信号,表示为:cos(2)U a f t π'''=⋅⋅⋅(4)将U 和U '相乘得到:可见经乘法器后将得到和频60.00059.900119.000MHz f f '++==及差频160.00059.900100KHz f f f '=--==的混合信号。
光速的测量作为最基本的物理量之一的光速进行精确测定,能证实光的电磁本性,而且光速的测定问题还与物理学、天文学以及许多技术科学有密切的联系。
目前对光速的测量已达到非常高的精度,致使国际计量局“米”定义委员会已建议将光速的不变值作为定义长度的一个基准。
光速首先是由丹麦天文学家罗默(R6mer)在1676年测定的。
其后许多科学家利用不同的天文学或实验室方法(母国光,1978)对光速进行了多次测量。
1975年第十五届国际计量大会确认的光 速值c =299792458土1.2m /s 。
实验室中测光速一般有光脉冲测量法、相位法、驻波法和光的频率、波长直接测量方法等。
本实验介绍光拍频法。
一、实验目的:(1)理解光拍频法测量光拍的频率和波长,从而确定光速的实验原理。
(2)熟练掌握用光速测定仪测量光速的实验方法。
二、实验原理:1、光拍频法测量光波速度c根据振动叠加原理,频差较小、速度相同的二列同向传播的简谐波叠加即形成拍。
设有振幅E 0相同,频率分别为ω1和ω2(频差Δω=ω1-ω2较小)的二光束:式中可k 1=2π/λl ,是k 2=2π/λ2为圆波数,φ1和φ2分别为两列波在坐标原点的初位相。
若这两列光波的偏振方向相同,则叠加后的总场为:上式是沿x轴方向的前进波,其圆频率为(ω1+ω2)/2, 振幅为因为振幅以频率∆f =∆ω/2π周期性地变化,所以被称为拍频波,∆f 称为拍频。
图1所示为拍频波场在某一时刻t 的空间分布,振幅的空间分布周期就是拍频波长,以Λ表示。
图1拍频波场在某一时刻t 的空间分布用光电探测器接收光的拍频波,由于光频f o 高达1014Hz ,光振动的周期约为10-14s ,到目前为止,即使是最好的光电探测器,其响应时间τ也只能达到10—8s ,它远大于光波的周期。
因此,任何探测器所产生的光电流都只能是在响应时间г(1/f o <τ<l /∆f)内的时间平均值:式中g 为探测器的光电转换常数。
光速的测量(位相法)光在真空中的传播速度是一个重要的基本物理常数,许多重要的物理概念和物理量都与它有着密切的联系。
例如光谱学中的里德堡常数,电子学中真空磁导率与真空电导率之间的关系,普朗克黑体辐射公式中的第一辐射常数、第二辐射常数,质子、中子、电子等基本粒子的质量等常数都与光速c相关。
现在,光在一定时间中走过的距离已经成为一切长度测量的单位标准,即“米的长度等于真空中光在1/299,792,458秒的时间间隔中所传播的距离。
”光速也已直接用于距离测量,如天文学中的光年。
1676年丹麦天文学家罗默通过观测木星对其卫星的掩食首次测量了光速。
自此以后,在各个时期,人们都用当时最先进的技术和方法来测量光速,先后有旋转齿轮法、转镜法、克尔盒法、变频闪光法等光速测量方法。
1941年,美国人安德森利用克尔盒作为光开关,调制光束,测得光速值为2.99766×108m/s。
1952年,英国物理学家费罗姆用微波干涉仪法测量光速,测得光速值为299792.50±0.10km/s。
1973年和1974年,美国国家标准局和美国国立物理实验室用激光对光速作了测定,测得光速分别为299792.4574±0.0011km/s和299792.4590 ±0.008 km/s。
实验目的掌握一种新颖的光速测量方法,了解和掌握光调制的一般性原理和基本技术。
实验原理物理学告诉我们,任何波的波长是波在一个周期内传播的距离,而波的频率是指1秒种内发生了多少次周期振动,用波长乘以频率得1秒钟内波传播的距离,即波速:c = λ• f (1)图1 两列不同的波图1中,第1列波在1秒内经历3个周期,第2列波在1秒内经历1个周期,在1秒内二列传播相同距离,所以波速相同,只是第2列波的波长是第1列的3倍。
利用这种方法,很容易测得声波的传播速度,但直接用来测量光波的传播速度,还存在很多技术上的困难。
主要是光的频率高达1014Hz ,目前的光电接收器无法响应频率如此高的光强变化,迄今仅能响应频率在108Hz 左右的光强变化并产生相应的光电流。
如果直接测量河中水流的速度有困难,可以采用一种方法:周期性地向河中投放小木块(f),再设法测量出相邻两小木块间的距离(λ),依据公式(1)即可算出木块移动的速度,而这一速度和水流流动的速度相等。
周期性地向河中投放小木块,为的是在水流上作特殊标记。
我们也可以在光波上作一些特殊标记,称作“调制”。
调制波的频率可以比光波的频率低很多,就可以用常规器件未接收光信号了。
与木块的移动速度就是水流的流动速度一样,调制波的传播速度就是光波的传播速度。
调制波的频率可由数字式频率计精确地测定,只要再测量出调制波的波长,然后利用公式c = λ• f 即可得到光速值。
本实验中用位相法来测定调制波的波长。
波长为0.65μm 的载波,其强度受频率为f 的正弦型调制波的调制,表达式为01cos 2x I I m f t c π⎡⎤⎛⎫=+- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦ 式中m 为调制度,cos2πf (t-x/c)表示光在测线上传播的过程中,其强度的变化犹如一个频率为f 的正弦波以光速c 沿x 方向传播,我们称这个波为调制波。
调制波在传播过程中其位相是以2π为周期变化的。
设测线上两点A 和B 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λ的整数倍时,该两点间的位相差为12212()2x x n πϕϕπλ-=-=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波的等位相点,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。
设调制波由A 点出发,经时间t 后传播到A′点,AA′之间的距离为2D ,则A′点相对于A 点的相移为φ=ωt=2πft ,见图2 (a)。
然而仅用一套测相系统还不能直接测量出AA'间的相移量。
为了解决这个问题,较方便的办法是在AA′的中点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,见图2 (b)。
由图显见,光线由A →B →A 所走过的光程亦为2D ,而且在A 点,反射波的位相落后φ=ωt 。
如果我们以发射波作为参考信号(以下称之为基准信号),将它与反射波(以下称之为被测信号)分别输入到位相计的两个输入端,则由位相计可以直接读出基准信号和被测信号之间的位相差。
当反射镜相对于B点的位置前后移动半个波长时,这个位相差的数值改变2π。
因此只要前后移动反射镜,相继找到在位相计中读数相同的两点,该两点之间的距离即为半个波长。
图2 位相法测波长原理图在实际测相的过程中,当信号频率很高时,测相系统的稳定性、工作速度以及电路分布参量造成的附加相移等因素都会直接影响测相精度,对电路的制造工艺要求也较苛刻,因此高频下测相困难较大。
例如,BX21型数字式位相计中检相双稳电路的开关时间是40ns左右,如果所输入的被测信号频率为100MHz,则信号周期T=1/f=10ns,比电路的开关时间要短,可以想像,此时电路根本来不及动作。
为使电路正常工作,就必须大大提高其工作速度。
为了避免高频下测相的困难,人们通常采用差频的办法,把待测高频信号转化为中、低频信号处理。
这样做的好处是很好理解的,因为两信号之间位相差的测量实际上被转化为两信号过零的时间差的测量,而降低信号频率f则意味着拉长了与待测的位相差φ相对应的时间差。
差频前后两信号之间的位相差保持不变。
图3 位相法测光速实验装置方框图本实验就是利用差频检相的方法,将f=100MHz的高频基准信号和高频被测信号分别与本机振荡器产生的高频振荡信号混频,得到两个频率为455KHz、位相差依然为φ低频信号,然后送到位相计中去比相。
仪器方框图如图3所示,图中的混频Ⅰ用以获得低频基准信号,混频Ⅱ用以获得低频被测信号。
低频被测信号的幅度由示波器或电压表指示。
实验装置光速测量仪,示波器。
南京浪博LM2000A型光速测量仪1、主要技术指标可变光程:0~1m导轨标尺最小读数:0.1 mm调制频率:100MHz测量精度:≤1%(数字示波器测相)≤2%(通用示波器测相)LM2000A型光速测量仪全长0.8M,由电器盒、收发透镜组、棱镜小车、带标尺导轨等组成。
2、电器盒电器盒采用整体结构,稳定可靠,端面安装有收发透镜组,内置收、发电子线路板。
侧面有二排Q9插座,参见图4。
1测频2调制3基准(方波)4基准(正弦)5测相(方波)6测相(正弦)7电平图4 Q9座接线图3、棱镜小车棱镜小车上有供调节棱镜左右转动和俯仰的两只调节把手。
由直角棱镜的入射光与出射光的相互关系可以知道,其实左右调节时对光线的出射方向不起什么作用。
在棱镜小车上有一只游标,使用方法与游标卡尺相同,通过游标可以读至0.1mm。
4、光源和光学发射系统采用GaAs发光二极管做为光源。
这是一种半导体光源,当发光二极管上注入一定的电流时,在p-n结两侧的p区和n区分别有电子和空穴的注入,这些非平衡载流子在复合过程中将发射波长为0.65um的光,此即上文所说的载波。
用机内主控振荡器产生的100MHz正弦振荡电压信号控制加在发光二极管上的注入电流。
当信号电压升高时注入电流增大,电子和空穴复合的机会增加而发出较强的光;当信号电压下降时注入电流减小、复合过程减弱,所发出的光强度也相应减弱。
这样就实现了对光强的直接调制。
图5是发射、接收光学系统的原理图。
发光管的发光点S位于物镜L1的焦点上。
图5 收、发光学系统原理图5、光学接收系统用硅光电二极管作为光电转换元件,该光电二极管的光敏面位于接收物镜L2的焦点R 上,见图6。
光电二极管所产生的光电流的大小随载波的强度而变化。
因此在负载上可以得到与调制波频率相同的电压信号,即被测信号。
被测信号的位相对于基准信号落后了φ=ωt,t 为往返一个测程所用的时间。
图6 光学接收系统原理图实验内容1、预热电子仪器都有一个温飘问题,光速仪和频率计须预热半小时再进行测量。
在这期间可以进行线路联接,光路调整,示波器调整和定标等工作。
2、光路调整先把棱镜小车移近收发透镜处,用小纸片挡在接收物镜管前,观察光斑位置是否居中。
调节棱镜小车上的把手,使光斑尽可能居中,将小车移至最远端,观察光斑位置有无变化,并作相应调整,达到小车前后移动时,光斑位置变化最小。
3、示波器定标使用双踪示波器时,将示波器的扫描同步方式选择在外触发同步,极性为+或-,“参考”相位信号接至CH1通道输入端,“信号”相位信号接至CH2通道,并用CH1通道触发扫描,将“参考”相位信号显示方式设为“断续”。
调节“触发”电平,使波形稳定;调节Y 轴“增益”,使有一个适合的波幅;调节“时基”,使在屏幕上显示一个完整的大小适合的波形。
开始测量时,记住波形某特征点的起始位置,移动棱镜小车,波形移动,记录下移动的格数r ,对比一个完整的波形的格数r 0,可算出参考相位与信号相位的变化量,参见图7。
02rr ϕπ∆=⋅图7 示波器测相位如果使用的是数字示波器,可利用其光标卡尺测量功能,移动光标,进行T 和ΔT 测量,然后按Δφ=T T∆·2π求得相位变化量,这种方法比数屏幕上格子的精度要高得多。
信号线联接等操作同上。
4、测量光速由频率、波长的乘积来测定光速的原理和方法前面已经作了说明。
在实际测量时主要任务是测得调制波的波长,其测量精度决定了光速值的测量精度。
一般可采用等距离测量法和等相位测量法来测量调制波的波长。
在测量时要注意两点,一是实验值要取多次多点测量的平均值;二是我们所测得的是光在大气中的传播速度,为了得到光在真空中传播速度,要精密地测定空气折射率后作相应修正。
1>测调制频率为了匹配好,尽量用频率计附带的高频电缆线。
调制波是用温补晶体振荡器产生的,频率稳定度很容易达到106-,所以在预热后正式测量前测量一次就可以了。
2>等距离测λ在导轨上任取若干个等间隔点(见图8),他们的坐标分别为0x ,1x ,2x ,3x ,……i x ; 1x -0x = D 1,2x -0x = D 2,…,i x -0x = D i图8 根据相移量与反射镜距离之间的关系测定光速移动棱镜小车,由示波器或相位计依次读取与距离D 1,D 2,…相对应的相移量φi 。
D i 与φi 间有:22iiD φπλ= 22i i D πλφ=⋅求得λ后,利用λ• f 得到光速c 。
也可用作图法,以φ为横坐标,D 为纵坐标,作D-φ直线,则该直线斜率的4πf 倍即为光速c 。
为了减小由于电路系统附加相移量的变化给位相测量带来的误差,应采取0x -1x -0x 及0x -2x -0x 的顺序进行测量。
操作时移动棱镜小车要快、准,如果两次0x 位置时的读数值相差0.1度以上,需重测。
3>等相位测λ在示波器上或相位计上取若干个整格/度数的相位点,如1格/36º,2格/72º,3格/108º等;在导轨上任取一点为x,并在示波器上找出信号相位波形上一特征点作为相位差0位,拉动棱镜,至某个整相位数时停止,迅速读取此时的距离值作为1x,并尽快将棱镜返回至0处,再读取一次x,并要求两次0时的距离读数误差不超过1mm,否则需重测。