相位法測光速、實驗目的了解測定光速的實驗方法掌握拍頻相位法測量光速的基本原理二、實驗原理本實驗采用相位法測量光速，原理圖如下圖1實驗原理圖（一）頻率為60MHz的電信號，分別經過第一通道、第二通道進入相位計。第一通道由電光轉換器、自由空間、光電轉換器構成，期間每一部分所產生的延時依次為t、t1、t，第二通道為同軸電纜，信號經電纜延遲為t。發1收參1）即t—t+1+1+1）參發1收假設測得第一通道比第二通道的信號提前t，利用公式（1）得t—t-C+1+1）,再根據c—L：t就可測量光在AB間的傳播速度。因此我們這里采用兩次實驗來克服i參發收 ■1因此我們這里采用兩次實驗來克服實際上t、t和t的準確值是未知的，發收 參t、t和t對測量光速的影響。發收參-A圖-A圖2改變光程實驗圖設第一次測量時得到的時間差為t/，第二次實驗時距離增加了AL后得到的則光速為c旦二二AL AL本實驗的關鍵是準確測量t'和t”，測量t'和t〃一般是采用相位差法測量，其對于測量頻率為60MHz的信號相位差，目前最實用的辦法是降頻測量，本實驗是將60MHz的信號與59.9MHz混頻得到100kHz差頻再進行測相?；祛l器的工作原理如下：TOC\o"1-5"\h\z第一通道信號E]=cos(叫t+?]) (2)第二通道信號E參=cos(叫t+?c) (3)本振59.9MHz信號E二cosot (4)ccE和E輸入非線性器件后得1c(E1+E)2=cos2(o0t+%)+cos2?ct+2cos(o0t+%)xcosoj (5)利用三角函數的積化和差公式將(5)式第三項改寫為2cos(oJ+Q])cosOct二cos(o0t+oct+%)+cos(o0t-Oct+%)把(5)式的信號經低通濾波器后得(僅留下最后一項)cos(o0t-oct+Q1) (6)同理E參與Ec混頻濾波后僅留cos(o0t-oct+Qc) (7)從(6)和(7)看出兩信號的相位差為A0=Q-Q，這與原來第一和第二1c通道高頻信號的相位差相同。三、 實驗裝置本實驗儀器為拍頻相位差光速測量儀，主機經同軸電纜給驅動電路供電，驅產生60MHz的正弦波，正弦波分成兩路，一路是驅動LED發光，經第一通道到達光接受器，另一路正弦波經同軸電纜(第二通道)送回主機，這兩路信號分別與主機本振59.9MHz信號混頻，混頻后得到的兩路信號輸入到相位差或時間差測量裝置。

PD同同同同同同同同同■同同同同同卜■同00同同同同同0000000000000060MHzLED100kHz60iyiHz>60MHzJ,PD同同同同同同同同同■同同同同同卜■同00同同同同同0000000000000060MHzLED100kHz60iyiHz>60MHzJ,100kHz+5VTO0-60MHz0000+5V0000■0059.9MHz圖3實驗儀器原理與組成四、實驗步驟說明：BNC轉接口1連接發射器，BNC轉接口2、3連接相位計，4——探測器窗口本實驗中所使用相位測速計面板如圖，1號接口為60MHz的驅動電路提供電源，同時接收由驅動電路傳回的60MHz參考信號。4號為探測器窗口，兩個60MHz的信號分別與59.9MHz混頻器，再經低通濾波器得到兩個lOOKHz的低

頻信號。連接各器件，打開電源，調整光路，使LED的光會聚到探測器窗口（4號）用示波器測量時間差；移動光源位置，記錄光源移動距離DL；用示波器測量時間差；計算相位差Dj和計算光速設第一次測得時間差為t'，移動距離DL后測的時間差為t"t'-1“t'-1〃 一得光程DL帶來的相位差為A=麗（這是因為示波器讀出的是100KHz信號的時間差，得光速為：c=得光速為：c=2兀x60MHz?些A申（因為一秒鐘累計的相位為2