Apparato compatto per la misura della velocità della luce

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 PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

 
La tecnica utilizzata è quella della modulazione in ampiezza di un raggio laser e del confronto della fase tra il segnale ottico e il segnale di modulazione elettrica del laser.
Un raggio laser è modulato in ampiezza. Variando la posizione del ricevitore ottico lungo il banco ottico, si determina la lunghezza percorsa dalla luce quando la rotazione di fase è nulla, 180° o multipli.
Una seconda modulazione del raggio laser a frequenza acustica consente di determinare con precisione le posizioni dei minimi dei segnali di differenza di fase annullando il segnale audio.
La modulazione ad alta frequenza f del laser, che è di circa 1 GHz, è un parametro strumentale precisamente dato. La lunghezza d’onda corrispondente è di 30 cm e il periodo T è di 1 ns.
La frequenza di modulazione del laser è di gran lunga la più alta utilizzata in questo tipo di determinazioni e consente all’apparato di essere estremamente compatto.
Lungo il banco ottico sono presenti quattro posizioni del ricevitore in cui i segnali di sfasamento sono nulli e quindi il segnale audio del monitor è nullo. La distanza tra queste successive posizioni è di circa mezza lunghezza d’onda del segnale modulante, quindi circa 15 cm.
A causa di una possibile asimmetria della forma d’onda modulante le determinazioni di c vengono effettuate misurando la distanza D tra due posizioni di minimo non adiacenti, corrispondenti ad una lunghezza d’onda intera del segnale modulante, circa 30 cm.
Perciò:
c= D/T = D∙f
Questo dispositivo misura la distanza percorsa dalla luce in 1 ns.    




    CARATTERISTICHE


    

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    portatile (è contenuto in una valigetta più un tubo lungo 70 cm )
    

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    pre-allineato (non richiede aggiustamenti dell’ottica)
    

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    immediatamente operativo (si allestisce in meno di un minuto)
    

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    non richiede alcun componente o apparato esterno come alimentatore, oscilloscopio, obiettivi, supporti ecc..
    

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    dispositivo compatto: guida ottica lunga solo 70 cm. In opzione solo 40 cm
    

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    sicuro: il raggio laser da 1 mW non fuoriesce dal percorso ottico
    

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    alimentato da una batteria interna ricaricabile tramite USB, con’autonomia di decine di ore
    

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    permette anche:
    – misure di indice di rifrazione n in solidi e liquidi
    – misure del rapporto di velocità in cavi coassiali
    

    La sensibilità è così elevata da permettere di rilevare il rallentamento del fascio di luce nel piccolo spessore di  un vetrino da microscopio  (circa 1 mm )
    

    Per una descrizione dettagliata si veda: G. Pegna , An extraordinary tabletop speed of light apparatus American Journal of Physics 85, 712 (2017)
    

    Dispositivo brevettato
    

    Versioni più grandi, adatte a Musei o Science Center sono disponibili a richiesta  
    

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