Messung der Lichtgeschwindigkeit mittels Phasenverschiebung

Kurzbeschreibung

Eine Sendediode wird mit hochfrequenter Wechselspannung (50MHz, Periodendauer 2x10^-8s) gespeist, so dass das emittierte Licht periodisch intensitätsmoduliert ist. Das Licht, das nach Durchlaufen einer gewissen Wegstrecke auf die Empfängerdiode (Fotodiode) trifft, erzeugt an dieser eine Wechselspannung mit der gleichen Frequenz, jedoch unterschiedlicher Phasenlage. Misst man nun den Lichtweg, für den die Phasenverschiebung Null ist, und einen zweiten Lichtweg, für den sich die Phasenlage um 180° verschoben hat, so kann die Laufzeitdifferenz berechnet werden.
Δ t= 1/2 x 1/f = 10^-8s (für f= 50MHz).
Mit der Differenz Δ l beider Lichtwege ergibt sich für die Lichtgeschwindigkeit
c=Δ l/Δ t
Ein sehr empfindlicher Phasenvergleich ist mit Hilfe eines Oszilloskops möglich. Legt man die beiden zu vergleichenden Wechselspannungen an den X- und Y- Eingang des Oszilloskops, so erscheint auf dem Bildschirm eine Lissajous-Figur. Die Lage der Figur (Elypse) hängt vom Phasenverhältnis beider Spannungen ab. Da ein Oszilloskop für einen Phasenvergleich bei 50 MHz nicht üblich ist, wird im Lichtgeschwindigkeitsmessgerät die Spannungen von Sender und Empfänger (f=50,1 Mhz) zusätzlich eine hochfrequente Spannung (f=50,05 MHz). Die Differenzfrequenzen werden ausgefiltert und stehen dann zum Phasenvergleich als zwei Spannungen mit einer Frequenz von etwa 50 KHz zum Phasenvergleich bereit.
Um die Lichtgeschwindigkeit in einem Medium zu messen steht außerdem eine Röhre von 1m Länge zur Verfügung, welche an ihren Enden mit Glasscheiben versehen ist und mit Wasser gefüllt werden kann.

Betriebsanweisungen: Elektrogeräte

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  extern FU Berlin