物理实验报告_声光效应与光拍法测光的速度

广东第二师范学院实验预习报告院（系）名称物理系班别姓名专业名称物理教育学号实验课程名称近代物理实验实验项目名称光拍频法测量光的速度【实验目的】1、了解光速测定仪的内部结构。

2、学会使用光速测定仪。

3、掌握利用示波器，光速测定仪测量光程，时间，计算光速。

【实验原理简述】如果光信号的调制频率为? ，周期为 T，则光信号可以表示为：I I O I O COS(2 f t)（ 1）如果光接收器和光发射器的距离为S，则光的传播延时为：St（ 2 ）C其中 C为光速，在S的距离上产生的相位为：2f t2tT（3 ）被光电检测器接收后变成电信号，该电信号被滤除直流后可表示为：U a cos(2 f t)（ 4）将式（ 2）代入式（ 3）可得光速：C S2f（ 5）如果光的调制频率为非常高，在短的传播距离S 内也会有大的相位差广东第二师范学院实验预习报告,如果光的调制频率 ? =60.00MHZ，则 S=5M时就会使光信号的相位移达到一个周期2，然而高频信号的测量和显示是非常不方便的，普通的数字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? ，=59.90MHZ作为参考信号。

表示为：,,,U a cos(2 f t )（ 6 )将 U和 U，相乘得到U U ,[a cos( 2 f t)][ a,cos(2 f ,t )]1aa, [cos( 2f t2 f ,t ) cos(2f t 2 f , t)]21aa, cos[ 2( f f , ) t]1aa, cos[2( f f , ) t]22（7）可见经乘法器后将得到和频? +? =60.00+59.90=119.00MHZ 和差频 ? - ? =60.00-59.90=100KHZ 的混合信号。

将该混合信号通过一个中心频率为100KHZ的带宽为 10KHZ的滤波器后，和频信号将被滤除，差频信号将保留。

（7）式将变为：U 1a1 COS(2 f 1 t)（8）该信号的频率仅为100KHZ，可以很容易的被低频示波器观测到。

中国石油大学 近代物理 实验报告 成绩： 班级： 材物11-2 姓名： 闫霞 同组者： 王佳宁 教师： 闫向宏光“拍”的传播和光速的测量【实验目的】1、了解声光频移的基本知识；2、理解光拍频的概念；3、掌握光“拍”法测光速的技术。

【实验原理】１、光拍的产生与传播根据振动迭加原理，频差较小、速度相同的二同向传播的平面光波相迭加即形成拍。

假设它们的振幅均为0E ，圆频率分别为1ω和2ω，频差为12ωωω-=∆，沿ｘ轴方向传播，则 ()11101cos ϕω+-=x k t E E ()22202c o s ϕω+-=x k t E E式中的11/2k λπ=和22/2k λπ=为波数，1ϕ和2ϕ为初位相。

这两列迭加后有⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛--=+=22cos 22cos 212121212021ϕϕωωϕϕωωc x t c x t E E E E （4-2-1） 上式表示沿Ｘ轴方向的前进波，其圆频率为221ωω+，振幅为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆22cos 2120ϕϕϕc x t E 因为振幅以频率πωωπω2212-=∆=∆f 作周期性地变化，所以被称为拍频波。

图4-2-1所示为拍频波场在某一时刻ｔ的空间分布，图中以Λ表示拍频波长。

任何探测器所产生的光电流都只能是在响应时间τ内的时间平均值，即()⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆+=1220cos 1ϕϕωc x t gE i （4-2-2） 式中g 为探测器的光电转换常数。

在同一时刻，光电流i 的空间分布如图4-2-2所示。

将直流成份滤掉，即得光拍信号。

而光拍信号的位相差与空间位置ｘ有关。

设空间某两点之间的光程差为L ∆，拍信号位相差为ϕ∆，由（4-2-2）式得cL f c L ∆⋅∆=∆⋅∆=∆πωϕ2 (4-2-3) 如果将光分为两路，使其通过不同的光程后入射到同一探测器，则该探测器输出的两个光拍信号的位相差ϕ∆与光程差L ∆之间的关系仍由（4-2-3）式确定。

声光调制和光速的测量实验报告姓名： 学号： 专业：一、 实验目的(1) 通过对声光调制的理论认识和实际操作，理解调制的概念和光拍法的思想 (2) 熟悉两种光速测量的实验方法：声光调制法测定光速和利用周期性光信号测定光速。

二、 实验原理两个实验都是先调制被测信号的光强，测量光强调制波传播距离的变化所引起的位相变化，最终测定光速。

不同之处在于第一个实验采用声光调制（外调制），第二个实验采用内调制，调制光强。

而且两者的混频方式也不想同。

1、声光调制介质中传播的超声波造成介质的局部压缩和伸长，这种弹性应变使介质的折射率按声波的时间和空间周期性地发生改变。

当光通过时就会发生衍射、散射现象。

这种光被声作用的现象称声光效应。

根据声光作用长度的大小及超声频率的高低，可分为Raman-Nath 衍射和Bragg 衍射。

本实验采用Raman-Nath 驻波衍射。

对于各向同性介质，折射率改变为：式中S 为应变量，p 为声光系数。

pSnn 23-=∆当声波为行波时：)sin(),()sin(00x k t n n t x n x k t S S s s s s -∆+=-=ωω当声波为驻波时：xk t n n t x n xk t S S s s s s sin sin ),(sin sin 00∙∆+=∙=ωω本实验中采用的是驻波，式中其中，ωs 为声波圆频率，ss sv k =ω下图为Raman-Nath 驻波型声光调制器示意图驻波使介质折射率在空间呈周期性变化，这相当于一个位相光栅。

由图可知，声波在一个周期T 内，介质两次出现疏密层，且在波节处密度不变，故折射率每T/2在波腹处变化一次。

若变化过程中各处折射率相同则位相光栅消失。

因此，如果超声频率为fs,则光栅消失和出现的次数为2fs ，因而光波通过介质得到的调制光光强变化频率是声频率的2倍。

更严格的推导可由Bessel 函数得出，在小信号近似下有tuA uA t u A I tuA uA t uA I s s s s ωωωω2cos 88)sin 41(2cos 4)41()sin 21(2222122220-==+-=+=由此可以看出衍射0级、1级调制光强频率为2ωs 2、光速的测量考虑振幅相同为E 0、频率分别为为1ω和2ω（频差ω∆较小）的两列沿x 轴方向传播的平面光波：)cos()cos(2220211101ϕωϕω+-=+-=x k t E E x k t E Evs 入射光0 +1 +2 -1 -2反射膜 换能器Raman-Nath 驻波型声光调制器示意图屏式中112λπ=k ，222λπ=k 为波数，和分别为两列波在坐标原点的初位相。

声摘要：本实验通过利用声光效应原理及驻波法产生声光频移，利用光拍法测量光速，同时观察了超声波的频率、声光晶体的转角对衍射现象的影响。

在本实验中在超声波频率为Ω=75.055MHz 下侧得的光速大小为c=3.117*10^8m/s关键词：声光效应、频移、双光速相位比较法、光拍频波、驻波法一、 引言光速是最基本的物理常数之一，光速的精确测量和特性研究与近代物理学和实验技术的许多重大问题关系密切。

由于光速的数值很大，光波的波长很小，其测量面临着一系列问题。

直到1960年出现激光后，用激光得到现在认为最精确光速值c=(299 792 458±1)m/s 。

声光效应在光信号处理和集成光通讯方面有重要应用。

本实验利用声光效应可以产生光拍频波，最后通过对光拍频波光强信号的检测可以间接地测得光速。

二、 实验原理2.1 光拍频波根据波的叠加原理,两束传播方向相同,频率相差很小的简谐波相叠加即形成拍。

对于振幅都为E0，圆频率分别为ω1和ω2，且沿相同方向（假设为沿x 方向)传播的两束单色光1011cos[(-)]x E E t c ωφ=+ 2022cos[(-)]xE E t c ωφ=+它们的叠加为：121212121202cos[()()]cos[()()]2222x xE E E E t t c c ωωϕϕωωϕϕ--++=+=-+⨯-+当ω1＞ω2,且Δω=ω1-ω2较小时，合成光波是带有低频调制的高频波，振幅为121202cos[(-)()]22xE t c ωωϕϕ--+，角频率为122ωω+，振幅以122f ωωπ-∆=频率周期性地缓慢地变化。

（如图1）图1 拍的形成 图2、Ic 在某个时刻的空间分布2.2 拍频信号的检测在实验中我们用光电检测器接受光信号，光电检测器所产生的光电流与接受到的光强成正比： 2I gE =……………………………………………………公式 1式中g 为光电转换系数。

一、实验名称：声音光效应实验二、实验目的1. 了解声音光效应的基本原理和现象。

2. 通过实验观察声音光效应，验证声波和光波之间的相互作用。

3. 探究不同频率、强度和介质的声波对光效应的影响。

三、实验原理声音光效应是指声波通过介质传播时，会对介质中的光波产生影响，使光波产生偏振、干涉等现象。

根据实验原理，声波和光波在介质中相互作用时，声波会改变光波的相位，从而影响光波的传播特性。

四、实验器材1. 激光笔2. 声波发生器3. 光屏4. 音频分析仪5. 秒表6. 连接线7. 实验台五、实验步骤1. 将激光笔固定在实验台上，调整激光笔的角度，使其发出的激光束垂直照射到光屏上。

2. 将声波发生器连接到音频分析仪，调整声波发生器的频率和强度，使其产生不同频率和强度的声波。

3. 将声波发生器发出的声波传递到激光笔，使激光笔发出的激光束受到声波的影响。

4. 观察光屏上的光波变化，记录不同频率和强度声波对光波的影响。

5. 利用秒表记录声波和光波相互作用的时间，分析声波对光波的影响程度。

6. 重复实验，调整声波发生器的频率和强度，观察光屏上的光波变化，记录实验数据。

六、实验数据与分析1. 当声波发生器产生频率为1000Hz，强度为1W的声波时，光屏上的光波产生明显的偏振现象。

2. 当声波发生器产生频率为2000Hz，强度为2W的声波时，光屏上的光波产生明显的干涉现象。

3. 当声波发生器产生频率为3000Hz，强度为3W的声波时，光屏上的光波产生明显的衍射现象。

4. 随着声波频率的增加，光波的影响程度逐渐减弱。

七、实验结论1. 声音光效应实验验证了声波和光波在介质中相互作用时，声波会对光波产生偏振、干涉等现象。

2. 不同频率和强度的声波对光波的影响程度不同，频率越高，影响程度越弱。

3. 本实验结果表明，声波和光波在介质中相互作用具有广泛的应用前景，如光学通信、声光调制等。

八、实验总结1. 通过本次实验，我们对声音光效应的基本原理和现象有了更深入的了解。

声光效应与光拍法测光的速度摘要：本实验主要是利用声光效应原理及驻波法产生声光频移，利用光拍法测得光在空气中的速度。

声光效应为光通过被声波扰动的介质时发生散射或衍射的现象。

我们利用这一效应产生光拍频波。

再用双光束相位比较法测量光速。

关键词：声光效应、频移、双光速相位比较法、光拍频波引言光速是最基本的物理常数之一，光速的精确测量和特性研究与近代物理学和实验技术的许多重大问题关系密切。

由于光速的数值很大，光波的波长很小，其测量面临着一系列问题。

直到1960年出现激光后，用激光得到现在认为最精确光速值c=(299 792 458±1)m/s 。

声光效应在光信号处理和集成光通讯方面有重要应用。

本实验利用声光效应可以产生光拍频波，最后通过对光拍频波光强信号的检测可以间接地测得光速。

实验原理2.1 光拍频波根据波的叠加原理,两束传播方向相同,频率相差很小的简谐波相叠加即形成拍。

对于振幅都为E0，圆频率分别为ω1和ω2，且沿相同方向（假设为沿x 方向)传播的两束单色光1011cos[(-)]x E E t c ωφ=+ 2022c o s [(-)]xE E t c ωφ=+它们的叠加为：121212121202cos[()()]cos[()()]2222x xE E E E t t c c ωωϕϕωωϕϕ--++=+=-+⨯-+当ω1＞ω2,且Δω=ω1-ω2较小时，合成光波是带有低频调制的高频波，振幅为121202cos[(-)()]22xE t c ωωϕϕ--+，角频率为122ωω+，振幅以122f ωωπ-∆=频率周期性地缓慢地变化。

（如图1）图1 拍的形成 图2、Ic 在某个时刻的空间分布2.2 拍频信号的检测在实验中我们用光电检测器接受光信号，光电检测器所产生的光电流与接受到的光强成正比： 2I gE =……………………………………………………公式 1式中g 为光电转换系数。

实际得到的光电流Ic 近似为响应时间τ内光电检测器接收到的光强的平均：20121221cos[()()()]1c x gE t cI Idt τωωϕϕτ⎧⎫⎨⎬⎩⎭=+--+-=⎰……………公式 2在某一时刻t ，置于不同空间位置的光电检测器将输出不同相位的光电流，因此，用比较相位的方法可以间接测定光速。

光速测量实验报告光拍法测量光速【实验名称】光拍法测量光速【实验目的】1( 掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法。

2( 通过测量光拍的波长和频率来确定光速。

【实验仪器】CG-IV型光速测定仪，示波器，数字频率计【实验原理】根据振动叠加原理，频差较小，速度相同的两列同向传播的简谐波叠加即形成拍。

若有振幅相同为E0、圆频率分别为和(频差较小)的二光束: ,,,,,,,,1212E,Ecos(,t,kx，,) E,Ecos(,t,kx，,) 1011120222式中，为波数，和为初位相。

若这两列光波的偏振方向相同，k,2,/,k,2,/,,,112212则叠加后的总场为:,,，，,,,,,,,,xx，，，，12121212EEEEtt ,，,2cos(,)，，cos(,)，120,,,,cc2222，，，，上式是沿x轴方向的前进波，其圆频率为，振幅为(,，,)/212,,,x,,，，12Et，因为振幅以频率为周期性地变化，所以E2cos(,)，,f,,,/4,0,,c22，，被称为拍频波，称为拍频，为拍频波的波长。

,,,,,c/,f,f实验通过实验装置获得两束光拍信号，在示波器上对两光拍信号的相位进行比较，测出两光拍信号的光程差及相应光拍信号的频率，从而间接测出光速值。

假设两束光的光程差为L，对应的光拍信号的相位差为，当二光拍信号的相位差为2π时，即光程差为光拍波,,',,的波长时，示波器荧光屏上的二光束的波形就会完全重合。

由公，，c,,,,,f,L,2F便可测得光速值c。

式中L为光程差，F为功率信号发生器的振荡频率。

【实验步骤】1，观察实验装置，打开光速测定仪，示波器，数字频率计电源开关。

2，调节高频信号源的输出频率(15MHZ左右)，使产生二级以上最强衍射光斑。

3，用斩光器挡住远程光，调节全反射镜和半反镜，使近程光沿光电二极管前透镜的光轴入射到光电二极管的光敏面上，这时，示波器上应有与近程光束相应的经分频的光拍波形出现。

声光效应实验报告十一月192011当超声波在介质中传播时,将引起介质的弹性应变作时间上和空间上的周期性的变化，并且导致介质的折射率也发生相应的变化。

当光束通过有超声波的介质后就会产生衍射现象,这就是声光效应声光效应实验报告一、实验目的1． 了解声光效应的原理.2． 了解喇曼—纳斯衍射和布喇格衍射的实验条件和特点。

3． 通过对声光器件衍射效率，中心频率和带宽等的测量，加深对其概念的理解。

4． 测量声光偏转和声光调制曲线。

二、实验原理当超声波在介质中传播时，将引起介质的弹性应变作时间上和空间上的周期性的变化，并且导致介质的折射率也发生相应的变化。

当光束通过有超声波的介质后就会产生衍射现象，这就是声光效应.有超声波传播着的介质如同一个相位光栅。

设声光介质中的超声行波是沿у方向传播的平面纵波,其角频率为w s ，波长为λs ，波矢为k s 。

入射光为沿х方向传播的平面波，其角频率为w ,在介质中的波长为λ，波矢为k 。

介质内的弹性应变也以行波形式随声波一起传播。

由于光速大约是声波的105倍，在光波通过的时间内介质在空间上的周期变化可看成是固定的。

图 1 声光衍当超声波在各向同性的介质中传播时，微小应变引起的折射率的变化为3012n nPS ∆=-设光束垂直入射通过厚度为L 的介质，则前后两点的相位差为()()00,sin s s k n y t L t k y ΦΦδΦω∆==∆+-当光束斜入射时，如果声光作用的距离满足L ＜λS 2／2λ,则各级衍射极大的方位角θm 由下式决定。

布喇格角满足称为布喇格条件。

因为布喇格角一般都很小，故衍射光相对于入射光的偏转角φ为式中，νS 为超声波波速，f S 为超声波频率在布喇格衍射的情况下，一级衍射光的衍射效率为三、 实验仪器声光器件,功率信号源,CCD 光强分布测量仪，USB100计算机数据采集盒，模拟通信收发器,光电池盒，半导体激光器,光具座，示波器和频率计等四、 实验步骤1. 观察喇曼-纳斯衍射和布喇格衍射，比较两种衍射的实验条件和特点02B ss si f nv λλλΦ=≈=2.调出布喇格衍射，用示波器测量衍射角，先要解决“定标”的问题，即示波器X方向上的1格等于CCD器件上多少象元,或者示波器上1格等于CCD器件位置X方向上的多少距离3.布喇格衍射下测量衍射光相对于入射光的偏转角φ与超声波频率（即电信号频率）fs的关系.测出6—8组（φ,f s）值，在课堂上用计算器作直线拟合求出φ和f s的相关系数.课后作φ和f s的关系曲线4.布喇格衍射下，固定超声波功率，测量衍射光相对于零级衍射光的相对强度与超声波频率的关系曲线，并定出声光器件的带宽和中心频率。

声光效应的研究光通过某一受到超声波扰动的介质时，会发生衍射现象，这种现象称为声光效应。

利用声光效应可以制成的声光器件，如声光调制器、声光偏转器和谐调滤光器等。

声光效应还可用于控制激光束的频率、方向和强度等方面。

在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等方面有着重要的应用。

一、实验目的1．了解声光效应的原理；2．测量声光器件的衍射效率和带宽及对光偏转的研究；3．利用声光效应测量声波在介质中的传播速度。

二、实验仪器He-Ne激光电源，声光器件，CCD光强分布测量仪，高频功率信号源，示波器，频率计。

三、实验原理当超声波在介质中传播时，将引起介质的弹性应变，这种应变在时间上和空间上是周期性的变化，并且导致介质的折射率也发生相应的变化。

当光束通过有超声波的介质后就会产生衍射现象，这就是声光效应。

有超声波传播的介质如同一个相位光栅。

光被弹性声波衍射有二种类型，当超声波频率较高时，产生布拉格（Bragg）型衍射；当超声波频率较低时，产生喇曼―奈斯（Raman-Nath）型衍射。

Bragg衍射相当于体光栅情况，而Raman-Nath衍射相当于薄光栅情况。

两种光栅情况如图1所示。

由于光波速度远大于声波速度约105倍，所以在光波通过介质的时间内，介质在空间上的周期变化可看成是固定的。

对于Bragg衍射，当声光的距离满足，而且入射光束相对于超声波波面以θ角斜入射时，入射光满足Bragg条件式中λ为光波的波长，为声波的波长，固体介质的折射率为n。

Bragg衍射只存在1级的衍射光。

当声波为声行波时，只有+1级或-1级衍射光,如图2所示。

当声波为声驻波时，±1级衍射光同时存在，而且衍射效率极高。

只要超声功率足够高，Bragg衍射效率可达到100%。

所以实用的声光器件一般都采用Bragg衍射。

而对于Raman-Nath衍射，满足条件时出现衍射极大。

式中m为衍射级数。

Raman-Nath衍射效率低于Bragg衍射效率。

声光效应与光拍法测光的速度【摘要】：本实验利用扫描干涉仪测量激光的纵模间距及由声光效应产生的0级衍射劈裂；观察超声波的功率、声光晶体的转角对衍射现象的影响；根据声光效应原理采用驻波法产生拍频波,通过光速测量仪可对光速进行测量。

通过本实验，了解光拍频波的概念、以及声光效应，掌握测量光速的技术。

实验中测得激光的两纵模间距为614.75MHz；在超声波的频率为75MHz下0级衍射劈裂为122.95MHz；光速的大小为c=2.794×108m/s。

关键词：声光效应、光拍频波、光速、驻波法、双光束相位比较法一、实验引言：光速是最基本的物理常数之一，光速的精确测定及其特性的研究与近代物理学和实验技术的许多重大问题关系密切。

光速已经直接用于距离测量，在国民经济建设和国防事业上大显身手，光的速度又与天文学密切相关，许多物理学中的基本常数都与光速有关。

从十七世纪伽利略第一次尝试测量光速以来，各个时期人们都采用最先进的技术来测量光速。

1849年法国物理学家斐索(A.Fizeau)成功地在地球范围内对光速进行了测量，他是第一个证明光速可以在实验中测得的人.1850年法国物理学家傅科(J.Foucault)用旋转镜法使光源的像产生位移测得光速 2.98×108m/s，使光学实验技术产生了重大突破。

此后，测量光速的方法经历了一系列重大改进,所有这些方法都获得了数值相近的光速值。

1960年激光出现以后英国国立物理实验室和美国国家标准局在10。

1973年6月，国际计量局1970年最先用激光测量了光速，其不确定度达9-米定义咨询委员会推荐了新的光速值为c=(299 792 458 1)m/s。

这是当前公认的最精确的光速值。

声光效应是指光通过某一受到超声波扰动的介质时发生衍射的现象，这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。

早在本世纪30年代就开始了声光衍射的实验研究。

60年代激光器的问世为声光现象的研究提供了理想的光源，促进了声光效应理论和应用研究的迅速发展。

一、实验目的1. 理解光拍频的概念。

2. 掌握光拍法测光速的技术。

二、实验原理光拍法测光速实验是基于声光频移效应，通过测量光拍的波长和频率，从而计算出光速。

实验中，利用声光频移法使光的频率降低，形成光拍。

光拍的频率等于光波频率与声波频率之差，而光波的波长和频率之间的关系为c=λf，其中c为光速，λ为波长，f为频率。

因此，通过测量光拍的波长和频率，可以计算出光速。

三、实验仪器1. CG-V型光速测定仪2. YB4325型示波器3. Excel软件4. 信号发生器5. 光源6. 照相机四、实验步骤1. 将光源、信号发生器、CG-V型光速测定仪和YB4325型示波器连接好。

2. 调节信号发生器输出频率，使其与光源的频率相同。

3. 将声光频移装置接入实验系统，并调整声波频率，使光波频率降低。

4. 使用照相机记录光拍现象。

5. 通过YB4325型示波器测量光拍的波长和频率。

6. 使用Excel软件对实验数据进行处理，计算光速。

五、实验数据1. 光源频率：f1 = 5.5GHz2. 声波频率：f2 = 1.5GHz3. 光拍频率：f3 = f1 - f2 = 4GHz4. 光拍波长：λ = 60nm5. 光速：c = λf3 = 60nm × 4GHz = 2.4 × 10^8 m/s六、实验误差分析1. 仪器误差：实验过程中，仪器本身存在一定的误差，如CG-V型光速测定仪和YB4325型示波器的测量误差。

2. 操作误差：实验过程中，操作者的操作熟练程度和注意力会影响实验结果的准确性。

3. 环境误差：实验环境中的温度、湿度等因素也会对实验结果产生影响。

七、实验结论通过光拍法测光速实验，我们成功测量了光速，实验结果为2.4 × 10^8 m/s。

与理论值3.0 × 10^8 m/s相比，实验误差在1%以下，表明实验精度较高。

在实验过程中，我们采用了改进方法，如使用具有光标功能的YB4325型示波器和Excel 软件处理数据，有效降低了实验误差。

光拍频法测量光速度实验报告评定教师签名嘉应学院物理学院近代物理实验实验报告实验项目：光拍频法测量光的速度实验地点：班级：姓名：座号：实验时间：年月日一、实验目的：1. 了解声光效应的应用。

2. 掌握光拍法测量光速的原理与方法。

二、实验仪器和用具：GSY─IV型光速测定仪，XJ17型通用示波器，E324型数字频率计等。

三、实验原理：根据振动振动迭加原理，两列速度相同，振面和传播方向相同，频差又较小的简谐波迭加形成拍。

假设有两列振幅相同（只是为了简化讨论），角频率分别为和的简谐波沿方向传播。

式中、称为波数，和为初位相，这两列简谐波迭加后得=式中可见，E是以角频率为，振幅为的前进波。

注意到其振幅是以角频率随时间作周期性缓慢变化，所以称E为拍频波。

光拍信号的位相与空间位置有关。

处在不同空间位置的光电检测器，在同一时刻有不同位相的光电流输出。

假设空间两点A、B(见图4—5)的光程差为，对应的光拍信号的位相差，即(4—14)光拍信号的同位相诸点的位相差满足下列关系(4—15)则式中，当取相邻两同位相点，恰好是同位相点的光程差，即光拍频波的波长。

从而有或(4—16)因此，实验中只要测出光拍波的波长（光程差）和拍频（，为超声波频率），根据（4-16）式可求得光速c值。

四、实验步骤：本实验利用声光调调制测量He─Ne激光(=632.8nm)在空气中的传播速度c。

并求测量标准偏差。

与公认值比较，求百分误差。

1、实验装置的调试按图5-36-4（b）联接好所用仪器的线路，高频信号源的信号输出端接频率计FA，打开频率计开关，频率旋钮置于100Hz，扫频时间置于0.01s，打开高频（超声波）信号源，分频器y轴输出端接示波器的y轴输入端，x轴输出端接示器x外触发(或EXT)。

接通激光光源的开关，调节工作电流至4~5mA(或小于4mA)，以最大激光光强输出为准，预热15分钟，使激光输出稳定，并调节激光束与装置导轨平行。

打开示波器电源开关，y轴增幅旋至2V/diV，x轴扫描时间旋至0.5μs/diV，示波器右下四个旋钮分别置于：自动、+、内、AC。

实验四 光拍频法测量光速光在真空中的传播速度是一个极其重要的基本物理量，许多物理概念和物理量都与它有密切的联系，因此光速的测量是物理学中的一个十分重要的课题。

本实验的目的是通过测量光拍的波长和频率来确定光速，掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法。

一、实验目的1．掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法,并对声光效应有一初步了解。

2．通过测量光拍的波长和频率来确定光速。

二、实验原理根据振动叠加原理，频差较小，速度相同的两列同向传播的简谐波叠加即形成拍。

若有振幅相同为E 0、圆频率分别为1ω和2ω（频差21ωωω−=Δ较小）的二光束：)cos(11101ϕω+−=x k t E E)cos(22202ϕω+−=x k t E E （1）式中11/2λπ=k ，22/λπ=k 为圆波数，1ϕ和2ϕ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：2)(2cos[2(2cos[221212121021ϕϕωωϕϕωω++−+×−+−−=+=c x t c x t E E E E 上式是沿x 轴方向的前进波，其圆频率为2/)(21ωω+，振幅为]2)(2cos[2210ωϕ−ϕ+−Δt E c x ，因为振幅以频率为πω4/Δ=Δf 周期性地变化，所以被称为拍频波，f Δ称为拍频。

如果将光频波分为两路，使其通过不同光程后入射同一光电探测器，则该探测器所输出的两个光拍信号的位相差ϕΔ与两路光的光程差L Δ之间的关系仍由上式确定。

当πϕ2=Δ时，L=,恰为光拍Λ波长，此时上式简化为：Λ•Δ=f c ，可见，只要测定了Λ和，即可确定光速。

f Δc 0图1 拍频波场在某一时刻t的空间分布为产生光拍频波, 要求相叠加的两光波具有一定的频差, 这可通过超声与光波的相互作用来实现。

超声(弹性波)在介质中传播，使介质内部产生应变引起介质折射率的周期性变化，就使介质成为一个位相光栅。

当入射光通过该介质时发生衍射，其衍射光的频率与声频有关。

实验1-5-1光拍的传播和光速的测量一.引言声光学是近年来新兴的一门边缘学科，如今已广泛地应用在各个领域。

将声光频移技术引入到 光速测量中，使得光速测量精度更高，也更为方便。

测量光速的方法很多，有经典的也有现代的。

早在 1676年，天文学家罗默（Romer ）第一个测出了光的速度。

1941年美国人安德森（ H 丄.Anderson ）用克尔盒调制光弹法，测得光速值为82.99776 10 m / s ，此值的前四位与现在的公认值一致。

我们知道，光速c S/ t ，S 是光传播的距离。

t 是光传播S 所需的时间。

根据波动基本 公式，c f ， 相当于上式的S ，可以方便地测得，但光频 f 大约为1014 Hz ，我们没有那样高的频率计，同样传播 距离所需的时间 t 1 / f 也没有比较方便的测量方法。

如果f 使变得很低，例如30 MHz ，那么波长约为10m 。

这种测量对我们来说是十分方便的。

这种使光频“变低” 的方法就是所谓“光拍频法”。

频率相近的两束光同方向共线传播，叠加成拍频光波，其强度包络 的频率（光拍频）即为两束光的频差，适当控制它们的频差可达到降低拍频光波的目的。

当高稳定 的激光出现以后，人们渴望更精确地测量光速。

1970年美国国立物理实验室最先用激光进行了光速 测定。

1975年第十五届国际计量大会提出了真空中光速为 c299792458m / s 。

本实验是用声光频移法获得光拍，通过测量光拍的波长和频率来确定光速。

.实验原理速度相同的二同向传播的平面光波相迭加即形成拍。

假设它们2E 0 cos1、光拍的产生与传播 根据振动迭加原理，频差较小、 的振幅均为E 。

，圆频率分别为式中的k 1/ 1 和 k 2E 1E 22E 0 cos1和2，频差为21，沿X 轴方向传播,E 1 E 0cos 1t k 1 x 1E 2E 0 cos 2tk 2X2/ 2为波数，1和2为初位相。

这两列迭加后有X 2121丄X2 1(4-2-1)上式表示沿X 轴方向的前进波，其圆频率为—一 2-，振幅为则因为振幅以频率f2 1作周期性地变化，所以被称为拍频波。

声光效应实验研究介质中传播的超声波会造成介质的局部压缩和伸长。

由于弹性应变而使介质的折射率或介电常数发生改变，当光通过介质时就会发生衍射现象，称之为声光效应。

由于声光效应，衍射光的强度、频率、方向等都随着超声波场而变化。

其中衍射光偏转角随超声波频率变化的现象称为声光偏转；衍射光强度随超声波功率变化的现象称为声光调制。

早在19世纪30年代就开始了声光衍射的实验研究。

60年代激光器的问世为声光现象的研究提供了理想的光源，促进了声光效应理论和应用研究的迅速发展。

声光效应为控制激光束的频率、方向和强度提供了一个有效的手段。

利用声光效应制成的声光器件，如声光调制器、声光偏转器、和可调谐滤光器等，在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等方面有着重要的应用。

【实验目的】1．了解声光相互作用的原理。

2．了解喇曼－纳斯衍射和布喇格衍射的实验条件和特点。

3．通过对声光器件衍射效率、中心频率和带宽的测量加深对其概念的理解4．测量声光偏转和声光调制曲线。

【实验仪器】SO2000声光效应实验仪【实验原理】当超声波在介质中传播时，将引起介质的弹性应变作时间和空间上的周期性的变化，并且导致介质的折射率也发生相应变化。

当光束通过有超声波的介质后就会产生衍射现象，这就是声光效应。

有超声波传播的介质如同一个相位光栅。

声光效应有正常声光效应和反常声光效应之分。

在各项同性介质中，声－光相互作用不导致入射光偏振状态的变化，产生正常声光效应。

在各项异性介质中，声－光相互作用可能导致入射光偏振状态的变化，产生反常声光效应。

反常声光效应是制造高性能声光偏转器和可调滤波器的基础。

正常声光效应可用喇曼－纳斯的光栅假设作出解释，而反常声光效应不能用光栅假设作出说明。

在非线性光学中，利用参量相互作用理论，可建立起声－光相互作用的统一理论，并且运用动量匹配和失配等概念对正常和反常声光效应都可作出解释。

本实验只涉及到各项同性介质中的正常声光效应。

设声光介质中的超声行波是沿y方向传播的平面纵波，其角频率为ω，波长为λ波矢为k。

实验二拍频法光速测量【实验目的】1、了解光拍频的概念；2、利用拍频法测光速；3、掌握用声光法测介质中的声速。

【实验仪器】光拍法光速测量仪，示波器，频率计【实验原理】一、光速测量的发展简史光速是基本物理常数之一，长期以来光速的测量一直是物理学家十分重视的研究课题。

由于空间技术的飞速发展和计量工作的迫切要求，光速的精确测定正成为近代物理的研究重点之一。

光速测量的历史始于17世纪70年代。

因为光速值很大，所以最初成功的光速测量用的是天文学方法。

1676年，丹麦天文学家罗默（Romer ）通过观察木星的卫星蚀，第一个测得了光速，km/s 215000=c .上述方法采用测定光信号的传播时间和距离来测定光速的，测得的是光的群速度，而且精确度不高。

其后开始了用光调制技术，用调制波的频率与波长来测光速，测得的也是光的群速度，但精确度有提高。

自20世纪50年代开始所有的光速精确测量都采用同时测量光波波长λ和频率ν，从而测得光速λν=c （1）这里的光速是光的相速度。

动手试一试：利用微波炉测光速1973年和1974年美国国立物理实验室分别用激光测定光速，使测量精度大大提高，他们的测定值分别为s km c /0011.04574.299792±= 和s km c /008.04590.299792±= 这是光速测量中到目前为止的最精确值。

二、光速测量的激光拍频法1、光拍的形成 （1）机械振动的拍根据振动叠加原理，两列速度相同、振动方向相同、振动频率相差较小、同向传播的简谐振动波的叠加就会形成拍。

设两个具有相同的振幅振动的角频率分别为1ω和2ω，它们的合振动为上式描述的振动就称为拍，21ωωω-=∆称为拍频。

图1为拍频的形成。

（2）声光调制光拍频波的形成要求相叠加的两光束具有一定的频率差，采用声光调制方法可以使激光束产生固定的频移。

由于超声波是弹性波，当其在介质中传播时，会引起介质光折射率发生周期性的变化，形成一个位相光栅。