资源描述：
《浅谈光拍的形成与获得》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、浅谈光拍的形成与获得摘要：光速的测量在光学的研究历程中有着重要的意义.光速测量方法和精确度的每一点提高都反映和促进了相应吋期物理学的发展。而光拍法对光速的测量更是起到了一定的促进作用。木文主要讨论了光拍的形成与获得，以及其发展背景和应用。关键词：光拍发展背景形成与获得应用1引言根据振动迭加原理，频差较小、速度相同的二同向传播的平面光波相迭加即形成拍。光拍是光的波动特性的一种表现，属于光的干涉特征，两列频差较小,但振动方向相同，口同向传播的单色光波叠加将产生光拍现象，它利用的原理是波的叠加性原理。两列波
2、叠加后有波函数：E=Z+E厂角频率为坐竺，并形成-2拍频波，振幅以频率X=35作周期性地变化。拍频波的频率较光频率要小得多，所以我们可以用光电检测器检测。光拍在各领域的应用与光速测量的发展离不开关系⑴。光速是最近的物理常数之一，光速的精确测定及其特性的研究与近代物理学和实验技术的许多问题重大问题关系密切。早在麦克斯韦光的电磁理论建立以前，人们已有了光具有一定传播速度的概念。迈克尔逊和他的同事们在1879-1935^期间，对光速作了多次系统的测量。实验结果不仅验证了光是电磁波，而且为深入地了解光的本性和
3、为建立新的物理原理提供了宝贵的资料。而I960年激光的出现以后，把光速的测量推向一个新阶段。1972年美国标准局埃文森等人测量了甲烷稳频激光的频率,乂以原了的基准波长测定了该激光的波长值，从而得到光速的新数值c=299792458m/s,不确定度为4xl0-9o随Z光拍被发现是测量光速比较好的方法，并在物理界广泛应用于测速，特别是在测光方面应用尤为重耍。所以掌握光拍的形成原理与获得及光拍法的应用具有重要意义。2光拍的形成与获得⑵2.1光拍的产生与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平
4、面光波相迭加即形成拍。假设它们的振幅均为Eo，圆频率分别为©和“2,频差为△2=力2-©，沿X轴方向传播，则E]=E()COS(69J—R]兀+0])E2=E()COS(692Z-k2X+02)式中的k=2兀I入和灯L为波数，01和02为初位相。这两列迭加后有E胡+E2=2E°cos[L_J+〔一J+~2Ic丿22[c)2上式表示沿^轴方向的前进波，其角频率为叱空，振幅为22“[贽£+穹⑴因为振幅以频率&=35作周期性地变化，所以被称为拍频波。其中E被称为拍频波，纣称为拍频，A=AA=c/A/-为拍
5、频波的波长。图1(a)所示为拍频波场在某一时刻t的空间分布，图中以A表示拍频波长。任何探测器所产生的光电流都只能是在响应吋间7内的时间平均值，即i=gE：{1+cos、G)t+(0,-0)}(2)式中g为探测器的光电转换常数。在同一时刻，光电流亍的空间分布如图1(b)所示。将直流成份滤掉，即得光拍信号。而光扌n信号的位相差与空间位置x有关。设空间某两点之间的光程差为AL,拍信号位相差为40,由(2)式得.Ad?-AL2恋/•AL“(p==(3)将光分为两路，通过不同的光程后入射到同一探测器，输出的两
6、个光拍信号的位相差g与光程差AL之间的关系仍由(3)式确定。特别当A0=2龙时,AL=A恰为光拍的波长。图1拍频波2.2光拍的获得为产生光拍频波，要求相叠加的两光波具冇一定的频差。这可通过声波与光波相互作用发生声光效应來实现。介质中的超芦波能使介质内部产生应变引起介质折射率的周期性变化，就使介质成为一个位相光栅。当入射光通过该介质时发生衍射，其衍射光的频率与声频有关。这就是所谓的声光效应。具体方法有两种，一种是行波法，如图2(a)所示，在声光介质与声源(压电换能器)相对的端而敷以吸声材料,防止声反射，
7、以保证只冇声行波通过介质。当激光束通过相当于位相光栅的介质时，使激光束产生对称多级衍射和频移，第L级衍射光的圆频率为：0)1=+LQ其屮©是入射光的圆频率，Q为超声波的圆频率丄二0,±1,±2,..•为衍射级。利用适当的光路使零级与+1级衍射光汇合起来，沿同一条路径传播，即可产生频差为Q的光拍频波。另一种是驻波法，如图2(b)所示,在声光介质与声源相对的端面敷以声反射材料，以增强声反射。沿超芦传播方向，当介质的厚度恰为超声半波长的整数倍时，前进波与反射波在介质中形成驻波超声场，这样的介质也是一个超声位
8、相光栅,激光束通过吋也要发生衍射，且衍射效率比行波法要高。第L级衍射光的圆频率为：(oLn)=“0+(厶+2/77)Q若超声波功率信号源的频率为:F=£2/27T,则第L级衍射光的频率为：fs=fZ+2m)F式中L,m=0,士1,±2,,可见，除不同衍射级的光波产生频移外，在同一级衍射光内也有不同频率的光波。因此,用同一级衍射光就可获得不同的拍频波。例如,选取第1级(或零级)，由m=0和m=-l的两种频率成分叠加，可得到拍频为2F的拍频波。吸声材帛^^0
