刘志海，魏 勇，王赫楠，张晓男，赵恩铭

(哈尔滨工程大学 理学院 理学之光科技创新中心，黑龙江 哈尔滨 150001)

1 引 言

Sagnac效应于1913年被发现后，以其为基本原理的共光路干涉仪成为角速度测量的核心器件，根据Sagnac效应制成的光纤陀螺也成功用于航空航天等领域[1]. 大学物理课程中虽然也会涉及Sagnac效应，但由于其效应微弱，角速度发生装置难以配套，演示十分困难. 本文设计并制作了空间Sagnac干涉仪的演示装置，用于空间Sagnac干涉仪的教学演示，使广大学生可以直观学习、深刻理解Sagnac效应[2-4].

2 测量角速度的演示装置

根据Sagnac效应，当图1所示闭环光路在相对惯性空间内转动时，光路中的光波将产生附加的相位差，此相位差与光路的转动速度和环路所围面积有如下关系：

式中，A为光路围成的面积，c为真空中的光速，λ0为真空中的光波长，Ω为干涉仪旋转的角速度. 通过公式可以看到：Sagnac效应的相位差大小与干涉仪的角速度和环路所围面积之积成正比，当环形光路确定之后，环路所围面积就确定了，那么相位差与光路的转动速度成正比，据此可以用探测器检测干涉光强的变化，进而确定光路旋转的角速度.

图1 Sagnac效应原理图

光源选取物理实验室常见的红光激光器，波长取λ=670 nm，光路包围面积为400 cm2的正方形，为了保证相位差能够检测得到，选取Ω为10～300 r/min. 对应的相位差变化可达0.052 3～0.157 rad/s.

为满足Sagnac演示实验的要求，其角速度发生装置转速需可调，本文采用直流可调速电机，转盘转速控制采用US调速……