云南大学物理实验教学中心 实验报告
三、 实验装置
由超声功率信号源产生频率为F的超声波信号送到声光调制器，在声光介质中产生驻波超声场，此时声光介质形成位相光栅，当He-Ne激光束垂直入射声光介质，将产生L级对称衍射，任一级衍射光都含有拍频?F=2F的光拍信号。假设选用第一级衍射光，可用光阑选出这一束光。经过半透分光镜M1将这束光分成两路：远程光束①依次经过全反射镜
M2,M3，……等多次反射后透过半反射
镜M入射到光敏接收器；近程光束②由半反射镜M反射进入光敏接收器。在半透分光镜
M1后面接入斩光器，由小型电
动机驱动，轮流挡住其中一路光束，让光敏接收器轮流接收①路或②路光信号。如果将这路光通过光敏接收器后直接加到示波器上观察它们的波形，还是比较困难的，因为He-NE激光束和频移光束包含许多频率成分，致使有用的拍频信号被淹没，所以难以观察。
为了能够选出清晰的拍频信号，接收电路中采用选频放大电路，如上图，以滤除激光器的噪音和衍射光束中不需要的频率成分。而只让频率为?2F?0.25?MHZ的拍频通过，从而提高了接收电路的信噪比。
实验中为了能用普通示波器观察拍频信号，在一级选频放大电路后面加入混频电路，把拍频信号差额为几百KHz的较低频信号送到示波器y轴。另外，还用超声信号源的信号经另一混频电路差额后作为示波器x轴同步触发信号，使扫描与信号同步，在示波器的屏幕上显示出清晰、稳定的两束电信号波形。然后通过移动滑动平台，改变两光束间的光程差，在
??示波器上观察到两束光的相位变化。当两束光相位相同时，光拍波波长s恰好等于两光束的光程差?x。所以测出超声波频率F和光拍频波的波长，则计算出光的传播速度C。
四、实验步骤
1、连接好所用仪器。
2、接通激光器电源开关，调节激光器工作电流在5mA左右。
3、接通稳压电源开关，细心调节超声波频率，调节激光束通过声光介质并与驻声场充分相互作用（可通过调节移频器底座上的螺丝完成），使之成为产生二级以上明显的衍射光斑。 4、用光阑选取所需的（零级或一级）光束 ，调节M0,M1方位，使①②路光都能按预定要求的光路进行。
5、用斩光器分别挡住②路或①路光束，调节①路或②路光使经其各自光路分别射入光敏接收器，调节光敏接收器方位，使示波器荧幕上能分别显示它们的清晰波形。 6、接通斩光器电源开关，示波器上将显示相位不同的两列正弦波形。
7、移动滑动平台，改变两光束的光程差，使两列光拍信号同相（位相差为2?），此时的光
??s程差?x即为光拍频波长。 8、精确测量两光束的光程，求出他们的光程差，并从频率计测出超声波的频率F。
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五、实验数据处理及误差分析
(1)光程差的测量 单位：cm
远程 M1M2 M2M3 M3M4 M4M5 M5M6 M6M7 M7M8 M8M9 M9M10 M10M ?xi xi 147.50 143.25 143.15 142.90 142.60 138.90 4.00 60.00 3.40 67.90 993.60 近程光: M1M＝21.60 cm
?光程差?x＝x?M1M＝993.60-21.60=972.O0 (cm)
(2)光拍频 单位：MHz
f1 f2 f3 f4 f5 f fi 14.8750 14.8756 14.8748 14.8743 14.8748 14.8749 (3) 光速C＝?x?F=?x?2f=2.89?108(m/s) 而公认值 c'?3?108(m/s)
c?cc'?E??3.67%
(4)误差分析
A、在测量光程差时，只用米尺测量，误差太大，应改用精确度较大的测量仪器。 B、频率计的读数不稳定。
C、注意对二束光相位的精确比较，如果实验中调试不当，可能会产生虚假的相移，结果
影响实验的精度。
D、空气中光速的准确值选取不当。
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六、思考与讨论
1、“拍”是怎样形成的？它有什么特性？
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。 两列简谐波迭加后的E是以角频率为波。其振幅是以角频率??????2???1???F2?1??22?1??22?1??2?x??1??2?，振幅为2E0cos??t?????的前进
?2?c?2?随时间作周期性的缓慢变化。所以称E为拍频波，其中
,?F称为拍频。??s是拍的波长。
2、声光调制器是如何形成驻波衍射光栅的？激光束通过它以后其衍射有什么特点？
位相光栅使出射光发生衍射,结果光的传播方向,频率和强度分布都受到声频的调制而发
生变化。若激光束垂直入射这一位相光栅(经超声波作用的介质),出射L级对称衍射 衍射光强的极大值满足关系式：第L级衍射光的角频率为：
?ssin?L?L?0
?l,m??0??L?2m??s式中L是衍射级L=0,?1,?2,……。对于每一个L值，m=0,?1,?2……即在同一衍射光束内就含有许多不同频率成分的光。
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