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再探:偏振的实质---零级衍射
[楼主] 作者:yanghx  发表时间:2011/01/08 13:42
点击:4226次

在与老梁探讨紫外光偏振问题时受到启发,联想到偏振的本质探讨问题,
(此问题的重要性之一相信都知道了,就是有关电磁波与声波的不同之处---横波)
以前主要考虑寻找高密度衍射光栅来证明:所谓偏振不过是“零级衍射”,
既当光栅周期远小于波长时,只有直接透射的“零级衍射”光通过光栅,
于是我们现在称这种“超密集光栅”是偏振晶体或偏振膜(相对可见波长而言),
但同样是偏振晶体或偏振膜对X光而言就不再神秘了,
不过就是一些明暗相间衍射光栅而已,这个验证早在劳厄时代就得以证明了,
(劳厄因此获得1914的诺贝尔奖)

 

先看看可见激光通过一般衍射光栅后的衍射图样:

 


再看看X光通过"晶体光栅"(所谓的偏振器)后的衍射图样:

图a为一般晶体的电子衍射花样,
图b是一种具有沿[111]p方向具有六倍周期的有序钙钛矿的电子衍射花样,

(转帖自:http://bphk.5d6d.com/thread-762-1-1.html)

所谓"p方向具有六倍周期"简单地说就是纵横栅线的密度相差6倍,
这就很接近"偏振器"的意思了(以后争取把"偏振器"的X光衍射图搞出来),

 

本帖地址:http://club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-234910.html[复制地址]
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 [2楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2011/01/08 14:45 

不错

※※※※※※
空间本无物理性质,具有以太的空间才有了局部静止系、惯性,运动才可以自身测量。
 [3楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2011/01/08 18:49 

好视频。

※※※※※※
天地之道,以阴阳二气造化万物。是故易有太极,是生两仪。两仪生四象,四象生八卦。
[楼主]  [4楼]  作者:yanghx  发表时间: 2011/01/08 19:14 

感觉这个脑子是真奇怪,激光的光栅衍射花样我是见多了,X光或电子束的衍射斑也见过,
可就是没有把两者联系起来想,而且总是对衍射环比较认可,对这些分离的衍射光斑不感兴趣,
一股脑的只想如何寻找更高密度的衍射光栅,就没想到反向思维一下,寻找更短波长的光,
看来还是基础差了点,不过经常是要求跨学科的探讨,也真难免出现隔行隔山的事,

下一个关键问题可能是对偏振面的旋转作何解释了,
既然偏振---零级衍射已经不是横波的专利,纵波也可以有“零级衍射”,
那么像声波这样的纵波当然也应该可以用特制的“声栅”来起偏、检偏,
但是用什么方法才能改变“声偏振波”的偏振面呢?
(或者说:光的偏振面是如何发生旋转的?)
这个就难一点了,估计要涉及到“超流体”声介质的一些性质,
因为偏振面是对于单个原子或分子声源发出的振动波P而言的,
假设球面波P被声栅分割成了“长条波”,那么在某种旋转力场下,
不是如同龙卷风那样的整体旋转,而是“长条波”的局部旋转,
这种类似情况就只有在磁场中的超流体才会发生,即普通原子在极低温下,
变得很小时,会流出容器,成为“超流体”,在磁场作用下,
这些超流体不是我们预想的形成整体旋流,而是出现大量局部的微小漩涡,
可以设想如果粒子更加微小的话,这种局部漩涡也会更加微小,
如果还能传播声波的话,也许就可以用磁场来改变“长条波”的角度---偏振面?

光波与此类似,只是以太就更加微小了,磁场下产生的微小漩涡恐怕是很难观察到,
这些微小的局部以太漩涡也许就是光的偏振面得以旋转的内在原因了?
这个要用实验证实就难一些了,不过可以耐心关注超流体(超超流体)方面的研究进展,

 [5楼]  作者:liangjz  发表时间: 2011/01/08 20:02 

老杨,你的电话总也打不通,换号码了?我打算最近去趟昆明,留个电话我到昆明后找你.
我注意到你视频中的激光通过第一个光栅后分裂成几个光斑,又看到你放了另一个光栅,从光斑看第二块光栅与第一块光栅的方向垂直,但是并没有消光现象,所以我认为激光通过光栅后的光不是偏振光.
 [6楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2011/01/08 20:11 

    太好了:这哪有什么“偏振”与“衍射”呀,这是彻头彻尾的光栅交叉干涉!又哪有什么“横波”?是不折不扣的孤立脉冲波!!

    一个光栅形成条纹干涉(视频中的光源只有一个光点,其条纹退化成了一排亮点);两个光栅重迭本应形成交叉条纹,但交叉处因干涉变暗就必然变成点阵(本视频本来就是点光源自然就分化成点阵);如果再用第三个光栅重迭并调到适当方向,那么连点阵也被“干涉”掉了,这就是“偏振光”与“横波”的实质!

    老杨,你真了不起,祝贺你终于获得一个重大的实验发现!


※※※※※※
我不反相对论,因为它整个就是一堆垃圾!例如﹕狄拉克推导正电子的“相对论”方法、计算原子光谱精细能级分裂的拟合“公式”等等等等
 [7楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2011/01/08 21:12 

    实际上,“干涉”只不过是波动理论一个传统的习惯称呼,“衍射”才是本质,声波可以视为连续不断的规则孤波。在平直河道水面的一个孤立波浪,如果遇到岸边出现拐角,那么这个孤浪靠拐角处将减速而等远处的部分追上来,并继续尽可能地保持原形拐弯前进,这就是孤波的“衍射”原理。光的脉冲孤波由于传递速度非常之快,一个脉冲根本来不及朝横向传出就已经向前传递很远了,一旦遇上障碍物就必然被反射或发生规则衍射,光的干涉与折射现象都源于此,这就是光的本质。

※※※※※※
相对论误导科学走邪路,是非曲折待历史见证;引力场以太旧貌焕新颜,定海神柱将扭转乾坤。.................... 想当初时空迷思闯科海,荣辱以乐可生命当歌;看如今闲庭信步攀高峰,重构宇宙再平展时空。
[楼主]  [8楼]  作者:yanghx  发表时间: 2011/01/08 23:07 

对【6楼】说:

我只是把偏振晶体(或各种偏振器)的X光衍射问题单独提出来,
以说明偏振与衍射是相对的,即取决于“波长/光栅周期”的相对比值,
这个比值越大,偏振度越高,反之比值越小,则相对某波长越接近衍射,
简单地说:偏振是零级衍射,
并不是横波才特有的,纵波一样可以有“零级衍射”,

 

他们没有这样联系起来考虑,不知是为什么,按说并不是什么高深的问题?
也许是偏振面旋转的问题令他们感到困扰?虽然这个问题一时还难以用实验澄清,
但知道了偏振的本质后,可能会对今后的研究有益,

 

另外由此我们也可以理解:
1、晶体激光器发出的都是偏振光,偏振度与纵、横晶格的周期(周期=原子直径+间距)比相关,
2、气体激光器发出的都不是偏振光,需要用“布儒斯特窗”来起偏
(一般的起偏器会损失1半的光能,为什么总是损失一半左右?也该能解释了?),
3、所谓“布儒斯特窗”不过就是以42度角放置的晶片,估计改变的就是纵、横晶格的周期比,
4、由这个“纵横晶格周期比”也可知日光经反射后总会存在一定偏振度的原因,
5、回旋辐射都具有很高的偏振度,偏振面平行于电子的回旋平面,

 

[楼主]  [9楼]  作者:yanghx  发表时间: 2011/01/08 23:08 

对【5楼】说:

老梁,固定电话没变,还是5347662,
手机变了,现在是15198960358,

 

你还真是仔细,这个衍射光栅只有600线/毫米,效果是差点,
相信你知道"偏振度"的概念,这种低密度衍射光栅的偏振度较低,
准备是买3600线/毫米的,估计偏振度会高些,效果会很明显了,
不过考虑到波长的不同,对取暖的红外电热器效果比较明显,
临时录了一段供参考(还有一对300线/毫米的衍射光栅,但效果就不很明显了):

 

另外苏州大学也曾经论述过用高密度全息衍射光栅(3600线/毫米)做偏振光栅,
(我的衍射光栅就是从他们那里买的)
他们的全息衍射光栅就是作为一种偏振光栅出售的,这是当年摘抄存档的一段,供参考:

 

“4、全息偏振器件:
全息偏振分束器的工作原理是建立在全息光栅对任意入射辐射的两正交偏振分量的衍射效率不同

的基础之上的。对于振动方向垂直于入射面的TE波(s偏振)和振动方向平行于入射面的TM波(

p偏振),它们的衍射效率通常随着入射角的变化而变化。当p偏振的振动方向与条纹面的夹角呈

45度时,p偏振的衍射效率为零,如果此时的s偏振的衍射效率非常高(对反射全息s偏振的透过

率可达10-6),透射光和衍射光都能得到很高的偏振度。

反射全息偏振分束器同时具有偏振和波长选择性,且偏振度和消光比均较高,所用材料价格低廉

,制作工艺简单,质量轻,口径可以较大,可用于多种偏振光学的场合,如在一些场合可以替代

渥拉斯顿棱镜和洛匈棱镜,应用于光通讯技术和磁光盘光学头中等。  

 

非均匀体全息光学元件的衍射偏振特性研究(江苏省厅级指导性项目)

本项目以重铬酸明胶体全息光学元件为主,研究非均匀分布位相型反射体光栅的反射衍射特性、

反射偏振滤光特性,这些特性对该类元件的应用有非常重要的意义:(1)利用非均匀衍射特性

可制作特殊性能的带阻滤光片,例如,激光全息防护镜,喇曼散射、荧光光谱研究用Notch滤光

片,可调谐带通或带阻滤光片等。(2)非均匀分布位相型反射体光栅在大入射角入射时,同时具

有偏振选择性和波长选择性,利用此特性可设计制作新型偏振滤光器件,如用于偏振成象光谱仪

、偏振分束器件、光存储技术中的读写光学头等。因此,本项目的研究将为此类元件的应用打下

基础。”

 

 [10楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2011/01/09 00:10 

对【8楼】说:

    晶体激光器发出的都是偏振光,说明由点阵晶体产生的激光波阵面是点状斜四边形结构(指激光点的微观放大),与用两个不同宽度的光栅交叉产生的平面波衍射点阵相同。现在的问题,是不是晶体激光波阵面点状斜四边形其中一个对立边宽度远小于波长、而气体激光器发出的则是正方形点状分布的波阵面?


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 [11楼]  作者:张崇安  发表时间: 2011/01/09 07:23 

对于偏振问题,我早用过一大块面切成面片、有切成面条,屏对面片、面条有选择性的吞食结果。
以太解释光的横波性很难。
结合实验探讨光的本性很踏实!建议这样的帖子加精或置顶。
 [12楼]  作者:黄新卫  发表时间: 2011/01/09 08:41 

对【5楼】说:

梁先生,应该再用不同频率的光做实验,以获得更多更有效数据。过去您虽然做过,但是实验数据有疑问,波长404.7nm的偏振光打出的电子反而比波长365.0nm的偏振光打出的电子的截止电压高,这是不合情理的。
还有,应该用不同材料制造的偏振片做实验,看看结果是否一致,能不能与过去的实验数据吻合。

还要想办法确定一下,光透过偏振片后,频率是不是降低了。



※※※※※※
每门学问的天生仇敌是那门的教授——向美国物理学会期刊投稿的经历http://blog.163.com/hubeihxw@yeah/blog/static/7011409620097112146944/
[楼主]  [13楼]  作者:yanghx  发表时间: 2011/01/09 15:00 

对【10楼】说:

化简来说,只要垂直于光束的晶体平面中的某4个原子组成矩形,
这种晶体发出的激光就具有偏振性,偏振度大小取决于矩形两边的比值,
(即"纵横周期比",原子大小都相同,所以"光栅周期比"主要是矩形的边长比)
如果是正方形当然就没有偏振性了,不过从其它角度看,
正方形也会变成矩形或菱形(比如反射起偏),所以晶体激光器选择晶面朝向很重要,

 

原子间距与原子大小属同一数量级,都是10^-10米 =0.1纳米,
可见光的波长是400-600纳米,比晶格边长大很多了,只能是零级衍射,
X光的波长是10-0.01纳米,与晶格边长接近,甚至更小,肯定衍射了,

 

"X射线波长略大于0.5纳米的被称作软X射线,
波长短于0.1纳米的叫做硬X射线,
用于理化检测的衍射分析仪等属于软X射线,
而用于大、厚材料的检测的是硬X射线。"

 

气体和液体激光器没有晶格的问题,气体和液体原子是随机杂乱、宏观均匀分布的,
所以不会发出偏振光,比如太阳就是气体发光,
再比如玻璃反射起偏的偏振度相当高,特别是在42度(布儒斯特角)时,
(用个偏振片试一下就知道了,搞摄影的应该比较清楚)
但镀水银(无晶格)的镜子就不会反射起偏,
镀膜(金属蒸汽溅射)的半透镜和反射镜也不行,

 

[楼主]  [14楼]  作者:yanghx  发表时间: 2011/01/09 15:02 

对【11楼】说:

这个比喻也挺形象,
不过也许应该是"起偏"相当于把一整张薄面饼(波振面)切成细面条?
而"检偏"相当于把细面条再切碎成很小的面丁?

 

如果说强度为M的光通过起偏的细长缝后还能剩下一半(M/2)的话,
那么在通过检偏"切碎"成极小孔后,M也就所剩无几了?
以后可以详细研究一下小孔的"零级衍射"规律,
看看在什么条件下,小孔的"零级衍射"会消失殆尽,

 

你既然已经用了波振面被切成条的比喻,
还会理解不了纵波的波振面被切成条的情况?
以点波源为中心发出的"同心球面波"可不是横波,那是典型的纵波模型,
"切成条"就是分解出其中的"横波分量",
比如喇叭产生的就基本是一个定向的曲面波,
纵波(面波)中含有"横波分量"应该是个不争的事实吧?
典型的横波模型是一根上下抖动的绳子或琴弦,
很难想象这根绳子要怎样抖动才能产生各平面内的横波?

 

 [15楼]  作者:张崇安  发表时间: 2011/01/09 16:27 

老杨:请注意,一个糖胡芦可以被垂直的两组刀具片切成条,一串糖胡芦就被切成有间隔的条组。如果这些刀俱片间隔接近糖胡芦串相邻间隔,如果刀俱片又是层层叠叠好多组,那切出来的恐怕不是条,而是丁,这些丁还和刀具组发生碰撞,二次、三次吸收排放,复杂得很!
如果是点光源各个方向发出许多串糖胡芦,就如天女散花,那糖胡芦就可以排成波阵面。
但是糖胡芦根本不需要如同绳子振荡一样左右、上下扭洋歌他们只要直线前形,因为糖胡芦构成群时,周位的就是替身,表演了扭洋歌的角色。长安街欲兵方对,每个士兵只是直线运动,根本没有前后左右扭洋歌,可是能量、质量照样和他们前进方向垂直!
我是说群体完全可以表现为“横波”。介质波振荡是介质分子扭洋歌结果,而粒群波振荡是近同粒子更替的结果,前者是“一多”,后者是“多一”,在能量上,数学描述上恰恰相当。
 [16楼]  作者:张崇安  发表时间: 2011/01/09 16:53 

红心:一串糖胡芦延轴线前进时,它的“振荡”是不是与前进方向垂直?你好好想想。这时,每个糖胡芦不都是直线前行?那个糖胡芦上下左右摆动了?所以,横波不一定非得每个基元振荡,更替也能产生同样的效果。
而光的“横波”比以上现象复杂的多,可以说,根本就用不着引入以太,光子群、次光源、屏选择性的吞吐就足够了!
 [17楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2011/01/09 20:54 

对【13楼】说:

    通过你这实验使我终于明白了“偏振”原理,也与我过去的胡乱猜想完全吻合(根本无需用“点椭圆”孤立脉冲假设解释),加之你这玻璃反射起偏的提示,又使我对波阵面结构问题有了更深刻的认识。关于“布儒斯特角”问题,我再猜想没有任何特别之处,只不过是反映玻璃晶体结构特性而已。

    关于“零级衍射”,我认为你这实验根本就无法区分它与“多级衍射”之间的关系,因为每一级的亮点间距相等,实际这些亮点都是由多级衍射混合迭加而成的。X光波长比晶体中的原子间距估计要小很多(具体计算很容易,可能与可见光的波长同数量级),所以X射线在常规物质中的穿透能力很强,在透明晶体中几乎没有衍射而速度与“真空”相差无几(我认为折射的本质就是衍射,在多晶体中也自然会有“多级衍射”而发生双折射现象)。


※※※※※※
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 [18楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2011/01/09 21:26 

对老杨说:
纵波也可以有“零级衍射”
=========================
根据刘久明教授的说法。我只能认同偏振是“零级衍射”的观点,因为驳不到。
你得出的这个结论还真有一定道理。看来,光波有可能是纵波!!!!
这是重要发现。先让大家反驳一下吧,检验检验。


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 [19楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2011/01/09 22:52 

杨先生的实验很有意思,不过你对偏振的解释,我还是有疑问。
在同一网站上我发现了双折射的视频,这是我头一次看到。不知道你准备如何解释这种现象?
双折射实验
http://v.youku.com/v_show/id_XOTQxODI4MTI=.html>

不知道如何将这个视频贴在帖子上,能否请杨先生代劳?并介绍一下贴的方法?

这是很有意思的现象,按某种方向偏振的光,不按光学规律传播,在垂直穿过晶体(相当于平板玻璃)时,出现异常折射。我想这个问题恐怕还没有令人满意的解释吧。

 

 [20楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2011/01/09 23:12 

对【18楼】说:
    看来还是我太性急了,只顾自己的情绪下结论,就不让别人有反驳的余地,也许有不同看法者想反驳也无从下手。其实,现行的波动理论还有很大的缺陷,用两条相互垂直的正弦曲线表示电磁场,总么也无法与物质的存在方式联系起来,所以才会有荒唐的相对论大行其道。现在我们从介质微粒的惯性运动过程着手,用普通的介质波来描述光速与光波的传播过程,连光的“偏振”问题都可以纳入脉冲孤波内解释,物理世界的物质普遍性原理就这么简单,如此荒唐的相对论还不成为一堆垃圾?!!

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 [21楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2011/01/10 12:47 

我也太性急了,只看老杨前半段,没看他的后半段。

老杨后半段应该是构建纵波的偏振面。我先画个图,是不是老杨所说的【“长条波”的局部旋转】。

纵波用密度表示,波疏波密代表波动。然后局部旋转。



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[楼主]  [22楼]  作者:yanghx  发表时间: 2011/01/10 22:06 

读帖时,帖子不存在
[楼主]  [23楼]  作者:yanghx  发表时间: 2011/01/10 22:58 

对【21楼】说:

 

 

 

 

偏振面旋转的问题确实不是很简单,慢慢探讨吧,
先画个球面波的纵波分量与横波分量通过窄缝的示意图,

 

[楼主]  [24楼]  作者:yanghx  发表时间: 2011/01/11 23:22 

读帖时,帖子不存在
 [25楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2011/01/12 00:29 

对【22楼】说:
    晶体原子间距的确只有零点几纳米,我只是根据波尔半径误认为重原子直径至少有几十纳米(实际与波尔半径同数量级),所以才说原子间距可能与可见光的波长同数量级。既然偏振光只在光栅间距远小于波长时才能观测,而且通常只在晶体中才能产生,那么这样一个孤立光波与通过小孔的声波一次振动的结果就有得一比了,而且它的波阵面很可能就是由大量的晶体点阵同时一次共振产生的。这个面与波的传播方向并不一定要求垂直同样可以保持形态长期不变,这个斜向传播的波阵面就是一个脉冲偏振光。

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[楼主]  [26楼]  作者:yanghx  发表时间: 2011/01/13 00:26 

读帖时,帖子不存在
[楼主]  [27楼]  作者:yanghx  发表时间: 2011/01/13 13:40 

读帖时,帖子不存在
 [28楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2011/01/14 10:29 

双折射给我们提出了这样一个问题。其中的E光,不符合折射定律。当然可以解释为不是均匀介质,但仍然可以通过改变入射光的角度,检查这种不寻常的光的折射的变化,看是否可以找到什么规律?
 [29楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2011/01/14 19:52 

读帖时,帖子不存在
[楼主]  [30楼]  作者:yanghx  发表时间: 2011/01/14 21:12 

对【28楼】说:

估计与隐形的"内晶面"有关,一般只说光对介质"外界面"的折射,
这对气体或液体适用,没听说过哪种气体或液体具有双折射吧?
液晶也是具有晶体性质的液体,才会出现双折射,
晶体就不同了,特别是对于一些斜晶格的晶体,比如方解石,
(具有双折射的晶体可不少,只是双折射的程度不同)
它的任何两个面都不垂直,而3个“面对”是相互平行的,

 

但要讲的清楚也还真不容易?

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