光测定仪使用说明.doc

光测定仪使用说明
一、用途说明
光速测定仪用于测定可见光(红色)在空气、液体和固体中的传播速度。
光源用一个发光二极管,这个二极管发出光的光强由高频正弦电压信号(大约50MHz)进行调制,调制波的周期被扩展。光速传播一定的距离后,由角反射镜反射到一个接收二极管(光敏二极管),再这里光强度变化的频率与反射时相同,但相位与发射处不同,相位的改变由传播的路径决定,相位改变很容易由示波器上的李萨如图形来观察和确定,由相位得改变来决定光速。
光束由角反射镜反射,角反射镜可沿光束方向移动,为了得到较好的光路,光束应射向角镜每个面的中心区。另外,为了得到好的相位关系的图形,角镜应放在接收与发射装置附近或很远处。本实验要求底板长度至少2m。
二、构成原理
光速测定仪由下列部分组成(图2所示,频率计、示波器和BNC电缆除外)
。由可拆开的三块钢片组成,底板上的刻度按实际大小刻制,角反射镜能沿着引导边精确移动。
(图1所示)
电源开关
电源控制灯
发光二极管发射孔
光电二极管(接收孔)
相位调整旋钮
Y输出(接收的交变电信号)
X输出(发射的交变电信号)
()f/103输出(发射的交变电信号),其频率被减小到千分之一,可用一般频率计来测定。
。每个透镜有一个磁性底部,可固定在底板上。一个透镜放在发射孔前面,使发射光束成为平行光;另一个放在接收孔前面,使角反射镜反射回来的光会聚在接收孔附近区域。
。入射到角反射镜的平行光束到达另一边大约经历10cm,由折曲的角度是90度,镜面朝同一方向。
。透明塑胶拧紧两端口的管盒,用于测定光在透明液体中的传播速度,也能确定液体的折射率。
三、测量方法
发光二极管由高频交流电激励,光束被周期性光强所调制,调制频率为50MHz,相应的周期为2×10-8s,传播一定距离后,到达接收二极管。二极管输出交流信号电压,此交流信号与发射处频率相同、相位不同。如果发射与接收信号的相位差为0时光通过的路程已知,相位差改变180°时光通过的路程能确定。当调制频率已知时,光速由二个光通过的路程之差∆x来决定,由于光传播路程2×∆x所需时间是T=,因此光速由下式给出:
C==4
(由于光束由角反射镜反射回来,故光程x必须加倍)。两交流信号经x、y输入到示波器,很容易由示波器上的图形比较相位,由于两信号的幅度不相等,同频率信号迭加在示波器上的李萨如图形是一个椭圆,椭圆的形状由二个信号的相位关系来决定,当相位差为0或π时,椭圆变成斜直线。
四、处理
安装
准备2m多长的平整桌面,使用四块联结片把底板的三部分连成一体,有角的片固定在底板的前边,平片固定在底板的后边,四片都放在底板的里面,注意三部分的水平,用螺丝固定好底板。
将发射与接收装置放在底板没有刻度的地方。
将透镜插在电磁底座上,电磁底座横放在底板上,一个透镜放在发射孔的前面,另一个放在接收孔的前面,两个透镜的平面朝二极管,用一片狭窄的底片放在底座的下面,可简便调整透镜的方位。
将角反射镜放在底板上,镜面朝二极管。
电连接
连接发射与接收装置的x、y输出到示波器相应端,选择示波器“x”灵敏度200mv/cm,首次“y”灵敏度选择在最高,但至少是20mv/cm。
为了示教,调制频率可