中国石油大学（华东） 近代物理实验 实验1-6激光法测量光速 实验1-6-2激光相位差法测量光速 主讲教师：王殿生 巛近代物理实验》 中圆不油大号国 CHINAUNIVERSITY OF PETROLELM
EXIT 《近代物理实验》 中国石油大学（华东） 近代物理实验 实验1-6 激光法测量光速 实验1-6-2 激光相位差法测量光速 主讲教师：王殿生
实验1-6激光法测量光速 光速(speed of light)测量的物理意义和实用价值 > 真空中的光速是一个重要的基本物理常数； 所有静止质量为零的粒子和波在真空中的传播速度； >与许多物理概念和物理量都有密切联系。 >光速的测量为光的波动理论和电磁理论提供了有力的实验支持，也 为爱因斯坦狭义相对论的建立奠定了丰富的实验基础。 >光速测量在现代天文测量、 空间科学技术和计量科学的发展中同样 占有重要地位。 因此，光速测量不仅有重要的物理意义，也有重要的实用价值。 巛近代物理实验》 中国石油大号国 IINAUXIV作YOp2OL曰
EXIT 《近代物理实验》 ➢ 真空中的光速是一个重要的基本物理常数； ➢ 所有静止质量为零的粒子和波在真空中的传播速度； ➢ 与许多物理概念和物理量都有密切联系。 ➢ 光速的测量为光的波动理论和电磁理论提供了有力的实验支持，也 为爱因斯坦狭义相对论的建立奠定了丰富的实验基础。 ➢ 光速测量在现代天文测量、空间科学技术和计量科学的发展中同样 占有重要地位。 ➢ 因此，光速测量不仅有重要的物理意义，也有重要的实用价值。 ◼ 光速（speed of light）测量的物理意义和实用价值 实验1-6 激光法测量光速
实验1-6激光法测量光速 测量光速的主要方法 自从1607年伽利略（G.Galilei)最早 尝试测量光速以来，光速测量实验已经历 了400多年的历史，各个时期科学家们都 用当时最先进的方法和技术来测量光速， 出现了多种多样的测量方法。 >天文学方法 >光行差法 >微波谐振腔法 >旋转齿轮法 >微波干涉仪法 > 旋转镜法 >激光测距法 >克尔盒法 >非线性激光光谱法 巛近代物理实验》 中圆不油大号国 CHINAUNIVERSITY OF PETROLELM
EXIT 《近代物理实验》 自从1607年伽利略（G. Galilei）最早 尝试测量光速以来，光速测量实验已经历 了400多年的历史，各个时期科学家们都 用当时最先进的方法和技术来测量光速， 出现了多种多样的测量方法。 实验1-6 激光法测量光速 ◼ 测量光速的主要方法 ➢天文学方法 ➢光行差法 ➢旋转齿轮法 ➢旋转镜法 ➢克尔盒法 ➢微波谐振腔法 ➢微波干涉仪法 ➢激光测距法 ➢非线性激光光谱法
实验1-6激光法测量光速 光速测量的最著名人物 迈克尔逊(A.A.Michelson) ● 在光速测量历史上，最有名的人物 The Masterol 当属迈克尔逊： Light ●. 以光速测量为终生目标，自己设计 DorodMichchon Livingyon 了旋转镜和干涉仪，用来测量光速和波 长、折射率和微小长度量； ● 1879~1923年间，迈克尔逊反复多 次系统地测量了光速，测量值提高到 299798±4kms1: 因对光学精密仪器及其用于光谱学 与计量学研究所作的贡献，1907年获得 诺贝尔物理学奖。 巛近代物理实验》 中国石油大号国 NAtW生YOEPETRO
EXIT 《近代物理实验》 ⚫ 在光速测量历史上，最有名的人物 当属迈克尔逊； ⚫ 以光速测量为终生目标，自己设计 了旋转镜和干涉仪，用来测量光速和波 长、折射率和微小长度量； ⚫ 1879~1923年间，迈克尔逊反复多 次系统地测量了光速，测量值提高到 299798±4km·s-1； ⚫ 因对光学精密仪器及其用于光谱学 与计量学研究所作的贡献，1907年获得 诺贝尔物理学奖。 实验1-6 激光法测量光速 ◼ 光速测量的最著名人物——迈克尔逊（A. A. Michelson）
实验1-6激光法测量光速 光速常数与米的定义 20世纪60年代激光的出现大大提高了光速测量的精度。 > 1972年美国标准局的埃文森(K.M,Evenson)等人采用激光干涉测量 法精确测出真空中的光速为299792458±1.2ms1,不确定度为4×10-9。 > 1983年第十七届国际计量大会上，根据误差非常小的光速测量值规定 真空中光速的精确值为299792458m:s1; > 并将物理单位“米”重新定义为光在在真空中1/299792458秒的时间 间隔内所传播的路径长度。 《近代物理实验》 中圆不油大号国 CHINAUNIVERSITY OF PETROLELM
EXIT 《近代物理实验》 ➢ 20世纪60年代激光的出现大大提高了光速测量的精度。 ➢ 1972年美国标准局的埃文森（K.M.Evenson）等人采用激光干涉测量 法精确测出真空中的光速为299792458±1.2 m·s-1 ，不确定度为4×10-9 。 ➢ 1983年第十七届国际计量大会上，根据误差非常小的光速测量值规定 真空中光速的精确值为299792458 m·s-1； ➢ 并将物理单位“米”重新定义为光在在真空中1/299792458秒的时间 间隔内所传播的路径长度。 实验1-6 激光法测量光速 ◼ 光速常数与米的定义
实验1-6激光法测量光速 激光法测量光速 用激光测量光速常用方法： 激光光强调制方法有外调制和 激光调制成光强按一定频率 内调制两种方法。 周期性变化的调制光波，调制光 > 的频率远远小于光的频率，使调 外调制方法：在激光器外面通 制光的波长远远大于光的波长 , 过声光、电光等方法调制激光光 方便高精度地测量调制光的波长 强。 和频率； > 内调制方法：在激光的形成过 通过测量调制光的波长和频 程中通过调制信号直接调制激光 率来间接测量光速。 光强。 ?近代物理实验》 中国石油大号国 HIINAUXIV作HYOp2OL曰
EXIT 《近代物理实验》 用激光测量光速常用方法： ⚫ 激光调制成光强按一定频率 周期性变化的调制光波，调制光 的频率远远小于光的频率，使调 制光的波长远远大于光的波长， 方便高精度地测量调制光的波长 和频率； ⚫ 通过测量调制光的波长和频 率来间接测量光速。 ➢ 激光光强调制方法有外调制和 内调制两种方法。 ➢ 外调制方法：在激光器外面通 过声光、电光等方法调制激光光 强。 ➢ 内调制方法：在激光的形成过 程中通过调制信号直接调制激光 光强。 实验1-6 激光法测量光速 ◼ 激光法测量光速
实验1-6激光法测量光速 激光法测量光速 实验1-6激光法测量光速，设计成两个系列实验项目。 ● 实验1-6-1激光光拍频法测量光速，采用声光调制的外 调制方法； ●实验1-6-2 激光相位差法测量光速，采用工作电流的内 调制方法。 通过这两个实验，重点学习激光光强调制的基本原理和 主要方法，掌握激光光强调制法测量光速的实验方法和技 术。 《近代物理实验》 中圆不油大号 CHINAUNIVERSITY OF PETROLELM
EXIT 《近代物理实验》 实验1-6 激光法测量光速，设计成两个系列实验项目。 ⚫ 实验1-6-1 激光光拍频法测量光速，采用声光调制的外 调制方法； ⚫ 实验1-6-2 激光相位差法测量光速，采用工作电流的内 调制方法。 通过这两个实验，重点学习激光光强调制的基本原理和 主要方法，掌握激光光强调制法测量光速的实验方法和技 术。 实验1-6 激光法测量光速 ◼ 激光法测量光速
实验1-6-2激光相位差法测量光速 在光速测量中有许多构思巧妙、技术高超的实验设计，光的偏转和 调制就为光速测量开辟了新的方法。 在激光光拍频法测量光速实验中，采用He-Ne激光器作为光源，通 过声光效应对激光进行外调制，产生光拍频波来测量光速。 本实验采用半导体激光器作为光源，通过周期性地改变半导体激光 器的工作电流使输出光强发生周期性的变化，即通过内调制方法产生光 强调制波来测量光速。 在实验整体设计思想上这两个实验有相同之处，但在实验方法和实 验技术上二者各有特色。 巛近代物理实验》 中国石油大号国 HIINAUXIV作HYOp2OL白
EXIT 《近代物理实验》 在光速测量中有许多构思巧妙、技术高超的实验设计，光的偏转和 调制就为光速测量开辟了新的方法。 在激光光拍频法测量光速实验中，采用He-Ne激光器作为光源，通 过声光效应对激光进行外调制，产生光拍频波来测量光速。 本实验采用半导体激光器作为光源，通过周期性地改变半导体激光 器的工作电流使输出光强发生周期性的变化，即通过内调制方法产生光 强调制波来测量光速。 在实验整体设计思想上这两个实验有相同之处，但在实验方法和实 验技术上二者各有特色。 实验1-6-2 激光相位差法测量光速
实验1-6-2激光相位差法测量光速 一、 实验目的 五、实验内容 二、 预习要求 六、注意事项 三、 实验器材 七、思考与讨论 四、 实验原理 八、参考文献 《近代物理实验》 中圆不油大号国 CHINAUNIVERSITY OF PETROLELM
EXIT 《近代物理实验》 一、实验目的 二、预习要求 三、实验器材 四、实验原理 五、实验内容 六、注意事项 七、思考与讨论 八、参考文献 实验1-6-2 激光相位差法测量光速
实验1-6-2激光相位差法测量光速 实验目的 二、预习要求 (1)了解半导体激光器的工作原 理，测量半导体激光器的电光特性。 (1)半导体激光器的工作原 (2)理解产生激光调制波的基本 理是什么？ 原理，学习调制半导体激光器光强的 (2)如何对半导体激光器进 方法和技术。 行调制来产生激光调制波？ (3)了解外差频法测量相位的基 本原理，学习测量测量相位差的实验 (3)为什么说激光调制波的 方法和技术。 传播速度就是激光的传播速度？ (4)掌握激光相位差法测量光速 (4)如何用相位差法测量激 的基本原理和实验方法，测量激光在 光光速？ 空气中的传播速度。 ?近代物理实验》 中国石油大号国 HINAUXIVERSTTY OEP2OL白
EXIT 《近代物理实验》 一 、实验目的 （1）了解半导体激光器的工作原 理，测量半导体激光器的电光特性。 （2）理解产生激光调制波的基本 原理，学习调制半导体激光器光强的 方法和技术。 （3）了解外差频法测量相位的基 本原理，学习测量测量相位差的实验 方法和技术。 （4）掌握激光相位差法测量光速 的基本原理和实验方法，测量激光在 空气中的传播速度。 实验1-6-2 激光相位差法测量光速 二、预习要求 （1）半导体激光器的工作原 理是什么？ （2）如何对半导体激光器进 行调制来产生激光调制波？ （3）为什么说激光调制波的 传播速度就是激光的传播速度？ （4）如何用相位差法测量激 光光速？