光速测量 光速 光速测量

光速及透明介质的折射率测定项目

一．测量方法介绍

一个强度周期性变化的光信号可以表示为

(1)

其中为光强度的调制频率。用一个光敏二级管接收这个光信号，滤掉直流成分，光敏二级管上电压为：

如果这个光信号在真空（空气）中走过的路程增加

移 ，则二极管上的电压信号变为：

得到时间延迟 ，可以求出光速c为： (3) (2) ，由此导致的时间延迟为

，相位

光的频率很高数量级为 (4) 数量级，这么高的频，调制后的光信号频率也达到

率，直接转化为电信号，很难从示波器上读出准确的相位移或者时间延迟。如果在电信号上相乘叠加一个频率为 信号， 和 接近，叠加后的信号为

(5)

经过高频滤波后，

变为频率为 的低频信号，

(6)

其中

为滤波后的时间延迟，可以从示波器上直接读出。代入（4）式得到光在真空中的传播速度：

css (7) tte

如果在光路上放入厚度为d 折射率为 n 的介质，相当于增加了 光程s(n1)d，代入

(7)式，在已知光速 时，可以得到折射率的实验公式为：

ncte1 (8) d

注：如果用一路参考信号，光信号在位置s1时，在示波器上光信号相对于参考信号时间延迟为△t1；光信号在位置s2时，在示波器上光信号相对于参考信号时间延迟为△t2。则ss2s1,tet2t。对折射率的测量方法类似。

二． 实验内容及测量准确度的提高

1．空气中的光速

调节光源位置，使示波器上的光信号与参考信号完全重合，该光源位置即为零位置，对应得时间延迟记为零。取光源位置分别为20cm 、50cm、 80cm、 110cm, 记录对应的时间延迟，代入光速计算公式 ，计算结果，总结位移改变的大小对结果的影响。

2. 水晶折射率测量

实验提供的水晶长为20cm左右, 放入光路引起的光程差仅有10cm左右,如何解决光程短造成的结果准确率低的问题,从而提高实验的准确率.

3．水折射率测量

除类似2的问题外,水槽引起的光程差影响如何排除?

三．实验室仪器、设备及注意事项

1．实验室设备

2．实验提示：

由于是手动主观确定峰值或零点位置，读数时调节数字示波器的信号强度旋钮,尽可能使光信号的峰高调整到与参考信号相同。

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