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1-6-1激光光拍频法测量光速 主讲教师：王殿生 K④团习 巛近代物理实验》 © 中圈石油大学
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1-6-1 激光光拍频法测量光速 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。 《近代物理实验》 中圆不油大号国 CHINAUNIVERSITY OF PETROLELM
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 >i 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》 中国石油大号国 HIINAUXIV作YO整p2O白
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 Masterof 当属迈克尔逊： Light. ●以光速测量为终生目标，自己设计 DorotlsMichchon Livingplon 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±4kms-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。 《近代物理实验》 中圆不油大号国 CHINAUNIVERSITY OF PETROLELM
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±1.2m·s1,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》 中国石油大号国 HIINAUXIV作STTY OEPETPOL白
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》 中圆不油大号国 CHINAUNIVERSITY OF PETROLELM
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》 中国石油大号国 HIINAUXIV作STTY OEPETPOL白
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1-6-1激光光拍频法测量光速 根据波动光学理论可知，光速等于频率和波长的乘积，精确测量光速 需要准确测量光的频率和波长。 可见光的频率大于1014Hz,目前的频率计并不能测量这样高的频率。 光拍频法是采用特定的方法使频率相近的两束光同方向共线传播叠加 形成光拍频波，通过测量光拍频波的波长和频率来确定光速。 本实验采用声光调制法获得光拍频波，用频率计直接测量调制信号的 率来测出光拍频波的频率；通过外差频法监测相位来确定光拍频波的波 长 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 声光频移技术应用到光速测量中，使光速测量精度更高、更方便。 《?近代物理实验》 中圆不油大号国 CHINAUNIVERSITY OF PETROLELM
EXIT 《近代物理实验》 根据波动光学理论可知，光速等于频率和波长的乘积，精确测量光速 需要准确测量光的频率和波长。 可见光的频率大于1014Hz，目前的频率计并不能测量这样高的频率。 光拍频法是采用特定的方法使频率相近的两束光同方向共线传播叠加 形成光拍频波，通过测量光拍频波的波长和频率来确定光速。 本实验采用声光调制法获得光拍频波，用频率计直接测量调制信号的 频率来测出光拍频波的频率；通过外差频法监测相位来确定光拍频波的波 长。 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。 声光频移技术应用到光速测量中，使光速测量精度更高、更方便。 实验1-6-1 激光光拍频法测量光速
实验1-6-1激光光拍频法测量光速 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 NAtV作YOp2OL曰
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1-6-1 激光光拍频法测量光速
实验1-6-1激光光拍频法测量光速 实验目的 二、预习要求 (1)理解光拍频波的基 本概念及产生原理，掌握光 (1)什么是光拍频波？用光拍 拍频法测量光速的基本原理。 频波测量光速的基本原理是什么？ (2)了解声光效应的基 (2)光拍频法测量光速需要实 本知识，学习激光声光调制 现哪些物理量的测量？ 的基本原理和实验技术。 (3)掌握光拍频法测量 (3)什么是声光调制？怎样通 光速的实验方法与技术。 过声光调制获得光拍频波？ 《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 （1）理解光拍频波的基 本概念及产生原理，掌握光 拍频法测量光速的基本原理。 （2）了解声光效应的基 本知识，学习激光声光调制 的基本原理和实验技术。 （3）掌握光拍频法测量 光速的实验方法与技术。 实验1-6-1 激光光拍频法测量光速 二、预习要求 （1）什么是光拍频波？用光拍 频波测量光速的基本原理是什么？ （2）光拍频法测量光速需要实 现哪些物理量的测量？ （3）什么是声光调制？怎样通 过声光调制获得光拍频波？