当使用的光源为点光源时，空间的任一点都可得到一定的干涉，称这种干涉为非定域干涉。氦氖激光束会聚后形成的光源是一种相干性和很好的点光源，它向空间传播球面波。经平面经M1和M2反射后，可以看成是两个虚光源S1和S2发出的，S2至屏的距离为点光源S（见图19-4）经M1和

M2反射再至屏的光程为 Z，S1和S2之间距离为d的两倍。

如果屏垂直于S1和S2的联线，则我们可

以看到一组组的同心圆，圆心就是延长线和屏的交点E 。如果M1和M2平行，则圆心处两光束光程差为2d，与前面讨论的等倾干涉情况一样，当d增加时，中心条纹一个个冒出；d减小时，中心条纹一个个缩进去。计算也可用（19-5）式，测出N和d来求?。

三.参考数据 测量次数n 条纹移过数目 M2位置读（mm） 1 2 3 4 5 6 0 100 200 300 400 500 27.59301 27.62446 27.65706 27.68811 27.72076 27.75181 3?d1?d4?d1?0.09510mm 3?d2?d5?d2?0.09630mm 3?d3?d6?d3?0.09475mm

3?d?3?d1?3?d2?3?d3?0.09538mm

3?d?0.03179mm

2???d?6359A? E?0.5%

N

实验二十 光拍法测量光速

一.实验目的

1.理解光拍频的概念

2.掌握光拍法测光速的技术

二.实验原理

（1）光拍的产生和传播

根据振动迭加原理，频差较小，速度相同的二同向传播的简谐波相迭加即形成

??x?? ?，x??拍。考虑频率为f1,f2的光束E1?Ecos?E?Ecos?t????t???????22?1??2?1??c????c??当它们的迭加时，则有

?1??2?x??1??2???1??2?x??1??2? （20-1） Es?E1?E2?2Ecos?t???cos???t???????2?2??2?c??2?c?此式表示一列前进波，我们称为拍频波。其合成振动的角频率为?1??2，振幅为

2?1??2作较缓慢????2?x??1??2?的前进波。注意到E的振幅以角频率f?2Ecos?1s?t???22??2?c??的周期性调制。我们称它为拍频波，如图20-1所示。

E1+ E t

图20-1 光拍频的形成 我们用光电检测器接收这个拍频波。因为光电检测器的光敏面上光照反应所产生的光电流系光强（即电场强度的平方）所引起，故光电流为

2 io?gEs （20-2）

g为接收器的光电转换常数。把（20-l）代入（20-2），同时注意：由于光频甚高

14（fo?10Hz），光敏面来不及反映频率如此之高的光强变化，迄今仅能反映频率

108Hz左右的光强变化，并产生光电流； 对i0关于时间积分，并取光电检测器的响应时

间t(1?t?1)的平均值。于是，i0积分结果中高频项消失，只留下常数项和缓变项。

fo?f即：

io?1x??? （20-3） 2?i?dt?gE1?cos??(t?)???????t?c????t其中??是与?f相应的角频率，????1??2为初相。可见光电检测器输出的光电流包含有直流和光拍信号两种成分。滤去直流成分，即得频率为拍频?f，位相与初相和空间位置有关的输出光拍信号。图20-2是光拍信号i0在某一时刻的空间分布，如果接收电路将直流成分滤掉，即得纯粹的拍频信号在空间的分布。这就是说处在不同空间位置的光电检

测器，在同一时刻有不同位相的光电流输出。

事实上，由（20-3）可知，光拍频的同位相各点有如下关系：

x ???2n? 或 x?nc （20-4）

c?fn为整数，两相邻同相点的距离??c即相当于拍频波的波长。测定了?和光拍频

nf?f，即可确定光速c。