向声行波通过。当角频率为?0的激光束通过声光介质时,超声波与激光单色波相互作用的结果,使激光束产生对称多级衍射和频移。第L级衍射光的角频率为?L??0?L?。通过仔细调节光路,可以使两束光平行叠加,产生频差为????1-?2??的光拍波频。 一、 实验装置
本实验采用CG-III型光速测量仪测定光速。主机结构如图3所示。实验还配备了示波器,共焦球面干涉仪及数字频率计一台。
光源采用He-Ne激光器,输出波长为632.8nm,功率大于1mW的激光束。激光射入声光调制器以后得到具有两种频率以上的衍射光。我们取L=1的第一级衍射,其中m=0,-1两种能量最强的频率成分叠加,可以得到拍频为2?的光拍波频。
由于He-Ne激光器的噪声和频移光束中不需要的成分很多,致使信号淹没在噪声之中,难以分辨。为提高信噪比,本实验采用声光表面波滤波器抑制噪声。
我们在实验中采用双光束相位比较法来进行相位比较,原理如图4所示。
12 11 10 9 7 b 6 5 a 13 4 8 3
图3 光拍法测光速的电原理图
He-Ne激光器 声光频仪器 光路系统 光电接收器 除2 本征 混频器 频率计 高频信号源 选频器 选频放大 选频放大 示波器
图4 双光束相位比较法原理图 光拍信号进入光电二极管后转化成光拍频电信号,经混频选频放大,输出到示波器的Y输入端。与此同时,将高频信号的另一路输出信号作为示波器的外触发信号。当斩波器高速旋转挡住进程光和远程光时,由于人眼的暂留效应及示波器的余辉效应,可以同时显示出近程光和远程光和零信号的波形。通过改变远程光的光程,使波形与近程波形重合。此时远程光和近程光的光程差为拍频波长?。
二、 实验内容 1、
光速仪的检查与调整
(1) 打开交流稳压电源,预热两分钟,电压升至220V。
(2) 光速测量仪应处于水平状态。打开激光电源,控制激光点燃和熄灭。插上测速仪插头。
(3) 调整光栏高度和水平位置,是激光的0级光斑,或±1级衍射光斑通过,并照射在位于其后的反射镜中心。 2、
测量声光效应产生的频移
(1)把反射镜放在2处,调节反射镜和扫描干涉仪,使激光束正
对扫描仪的入射小孔,反复调节扫描仪,使激光束与干涉仪接近准直状态。示波器处于X-Y扫描模式,观察激光的纵模。 (2)根据扫描干涉仪的自由光谱区确定激光纵模间距,与理论值
进行比较(激光腔长21.9cm)。本实验所使用的扫描干涉仪自由光谱区为2667MHz。
(3)打开信号发生器,调节输出频率为15MHz左右。观察第一级
衍射光中频率的分布,微调信号发生器的输出频率,观察光强度的变化。衍射效率最高时,用纵模间距定标,测量该级衍射光中各成分的频差,比较频率计读数。
(4)微调扫描干涉仪的水平位置,分别观察0,±1,±2级衍射
光中的频率分布,分析奇偶衍射光中频率及强度分布的不同。 3、双光束相位比较法测量光速
(1)近程光(光路a)的调节。把反射镜放在3处,转动斩波器扇
轮13,是近程光通过半反镜4,在经过半反镜5进入光电探测器前集光透镜。再调整半反镜5的方位角和俯仰角及光电探测器中光电二极管的位置,是激光射入光电二极管,并使示波器上近程光束的正弦波幅值达到最大。
(2)远程光(光路b)的调节。用斩波器13切断近程光,按图所
示的远程光行进方向,逐次细调半反镜4和全反镜6~12的方位角和俯仰角,使光束依次投射到下一个反射镜的中心,直至射入光电二极管,并使示波器上远程光束的正弦波幅值达到最大。
(3)打开“±15V稳压光源”右侧的“斩波器”电源开关,示波器
荧光屏上将同时出现近程和远程光束所产生的两个正弦波形。如果它们的幅值不相等,可调节光电二极管前的透镜,改变进入检波器的光敏面光强的大小,使近程和远程光束的幅值接近相等。调节信号发生器输出频率使之接近声光转换器的中心频率时,波形为最大。
(4)缓慢移动光速仪上的滑动平台,改变远程光的光程,使示波
器上的两束光的正弦波性完全重合。此时,近程光和远程光的光程差等于光拍频波的波长,即L=?。
(5)近程光光程值为215mm,远程光光程除AB和CD外,为9037mm。
信号发生器的输出频率?可以从数字频率计上读出。根据测量结果求出光速c的值。
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