光速的测量

一、背景

光速，是光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。c=299792458m/s（来源于百度百科），光速是目前已知的最大速度。1607年，伽利略进行了最早的测量光速的实验。此后科学家们前赴后继的进行了一次又一次的测量实验，测量精度也一次次的被提高。在一定程度上，光速的测量精度反映了当前的科技水平。

二、光拍信号的产生与测量

图1

如图1所示，本次在得到衍射光之后，采用了马赫结构将两束光先分开再干涉，从而得到了强度非常好的外差干涉信号；在干涉仪后面，将其中一路作为参考信号，使用光电探测器探测，另外一路作为测量信号，使用另一个光电探测器探测，并且加上一个闭环伺服电机用来改变这一路的光程；把这两路信号接入一个双踪示波器；然后通过改变其中一路信号的光程使光电探测器上面测量得到的相位改变1/2λ，最后通过示波器上的频率读数（或者频谱仪）与相位改变1/2λ电机行使过的距离，就可以得到光速的具体值。

三、系统与实现

如图3所示，先通过频谱仪读取外差信号的频率，从图中可以看到，信号频率为100MHZ：

图2

接下来调节伺服电机，使示波器上两路信号重合：

图3

然后读取并记录伺服电机编码器数据：

图4

移动伺服电机，让示波器上两路信号的相位差为1/2λ：

图5

再次读取并记录伺服电机的编码器信号：

图6

编码器每个脉冲代表的长度如图8所示：

图7

通过以上参数可计算出光速值：

=287087500m/s

上述实验的人为误差非常大，尤其是相位差1/2λ，所以会导致实验结果偏离正确的光速数值：299792458 m/s。在多次重复实验过后可以得到：298706290m/s、304518246m/s等光速真实值附近的结果，在多次实验取平均值后可以得到比较理想的结果。

四、系统总览

图8

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编辑：薛定谔的薛定谔