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上一主题:同一个月亮 下一主题:依据“等效原理”运用“等效波”...
[楼主]  [31楼]  作者:youngler  发表时间: 2014/05/27 08:21 

  事先考虑太多的事情,也有一个坏处,往往不敢去做事情。人在懵懵懂懂的时候,容易下决心开始干一件事情,然后碰到困难,硬着头皮去解决困难,从而获得成功。
[楼主]  [32楼]  作者:youngler  发表时间: 2014/05/28 16:48 

  王普霖老先生的光学知识还有点专业,能够想到很多细节问题。有几点,我说明一下。
  光电检测方式,振动影响会被自然滤波掉。直接演示干涉条纹移动,振动会使条纹模糊。减震好处理。声音振动影响,可能需要玻璃箱保护。到时候,碰到了这方面问题,根据需要再处理,也简单。
  温度影响,只要能够控制程度,对于差值测量,影响也不大。实验装置转动 180°,几秒钟的时间就可以完成,温度影响没有那么迅速变化。当然,专业的,要把他做成仪器,要求可能很高,这也是事实。现在,我只是验证原理,找个室内温度稳定的下雨天,就可以了。犯不着零温度系数的架构材料,恒温装置等。如果有效果,以后可以尽量动员专业界合作,让专业界出资金做后续的工作。
 [33楼]  作者:王普霖  发表时间: 2014/05/28 18:15 

事实上,一个实验取得成功,也就是几秒的时间,甚至几毫秒或几微秒就完成了。这点我们都有深刻的领会。费劲都是在前期准备上。比如你将设备旋转180度,且不说180度,就算1度,也造成了引力和应力对各部分的重新平衡。形变就产生了,仅仅就这1度产生的形变,可能就有多少个波长跨越出去了。架子的刚度是至关重要的。好多光学实验我也想做,可是真是难啊,亚微米的波长!一个钢板尺,倒下和直立起来的长度变化可能就超了。呵呵!
[楼主]  [34楼]  作者:youngler  发表时间: 2014/05/28 20:55 

  王先生楼上提到的问题,其实是个小问题。解决这个问题,支撑需要有一点弹性,这样应该可以解决这个问题。
[楼主]  [35楼]  作者:youngler  发表时间: 2014/05/29 08:49 

  实验测量用的激光束功率都很小。如果使用大功率的激光束,说明实验技术比较初级,没有充分利用现代科技来设计实验。光纤陀螺中光束功率通常只有 0.2 mW 。SLD 激光二极管,即没有谐振腔的激光二极管,耦合进光纤的功率就只有这么多。本课题,信号强,对于激光束功率要求很低。通常,通过提高微电流检测技术来提高分辨力。如果电流表分辨力不够,通过增强光束能量来提高信号电流,这种实验技术就低级了。
  水平仪是容易得到的。当然不是木工水平尺。我单位有机械安装用的水平仪一个,地形测量用的水准仪 2 个、经纬仪 1 个,都没人要,由我收藏着。用水平仪选择好的水平地板上放转台,转台旋转依然可以保持很好的水平。即使有一丝变形,通过有一丝弹性的支撑,其上的厚板变形应该几乎没有。假设转台有几微米变形,支撑力分布变动是可以计算的,厚板变形量也是可以计算的。
  想不到的问题,问题肯定总是依然在那里。想到的问题,我认为总是有简单的解决办法。
 [36楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2014/05/30 15:56 

干涉条纹的微弱移动实验,对水平的要求是苛刻,不是建筑上的水平仪器可以满足的,然而要实现高度的平动也并不困难,只要买两个洗澡盆,就可以做一个简易的转动平台,效果绝对比水平仪好的远。
另外,现代光电管测量仪器要求非常严格,特别是单光子测量,对光电管的电容、噪音、暗电流要求几乎无止境,因此其价格也是相差百倍,甚至几千倍,然而,我们实验却完全不需要这样的严格,这并不是说我们实验精度不需要高,事实是我们的实验有我们实验的特点,比如暗电流,由于我们是比较两个位置的电流差,因此暗电流被减法去除了,因此不再是我们的要求条件。电容也是如此,我们的测量非常缓慢,不需要如此高的反应速度,现在最低速度的光电管都能满足我们的实验,因此这一个指标也不被要求。对于光电管的噪音,其实电源、激光器等都有这个问题,如果你需要迅速的测量到一个变化准确值,这个就是必须解决的问题,然而,我们完全可以用大量数据进行统计,而得到隐藏在噪音中的真实数据,这一块非常难解决,现在利用我们的简单处理法,再次降低了我们队光电管的要求,所以买一个几十元的光电管,实际与几千元的没有明显区别,复杂的消噪电路也被省略,这样给我们的实验带来非常的方便。但是,温度变化对光电管的影响非常大,而这个变化是无法用统计进行排除的,特别是房间不同部位具有微小的温差,很容易被误认为是实验结果,因此保温(恒温)是我们必须解决的问题,当然你也可以做温度补偿电路,但这样又复杂了,你补偿了光电管,还要补偿激光器......等一系列原件,因此保温反倒是最简单而可靠的方式。电源的波动不仅仅含有噪音,电网的整体电压波动会影响数据,无法被简单去掉,我的办法是直接用蓄电池,比什么复杂高级电源都可信。

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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。
 [37楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2014/05/30 20:10 

还有一点不能忽略,就是电磁屏蔽,由于电磁干扰具有方向性,并与位置有关,实验比较干涉条纹移动又必须改变位置,这样,电磁干扰就会呈现明显的方向性并以数据显示出来,结果被误以为是干涉条纹的移动。所以大家想做实验,就该知道什么地方该严格,什么地方可以马虎,不然费钱还不讨好。

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[楼主]  [38楼]  作者:youngler  发表时间: 2014/05/30 23:55 

  很高兴看到王飞先生介绍一些使用光电管的经验。我发表一点补充和修正。测量用途的光电管应该工作在光伏模式,没有外加电压,没有暗电流问题。光伏模式,光电流很大的话,内阻影响会显现出来,这是一个限制因素。通讯收发器的光电管是在外加电压下使用,叫光电导模式。如果测量用的光电管也采用光电导模式,需要考虑如何让暗电流相互很好抵消。
  精密测量用的光电管,也应该是 PIN 型,通常很小,陶瓷封装,黑色。所谓 PIN 型,P 型半导体层和 N 型半导体层中间还有一层阻值很高的中性本征半导体层,I 层。大面积的光电管,是光电池型,为照度仪设计的,不能用来做精密测量用。不知道王飞先生用的是哪种光电管,总是听你感叹光电管不听话。
  磁场影响是这样,介质光路对磁场敏感,空气光路,磁光效应几乎没有。
[楼主]  [39楼]  作者:youngler  发表时间: 2014/05/31 09:51 

  PIN 型光电管,中间 I 层,实际上并不是完全本征半导体。完全不掺杂 V 价元素的半导体,导电性太差。据介绍,I 层实际上是少量掺杂 V 价元素的 N 型半导体。大面积的光电管,多是光电池型,也是陶瓷封装,其中也有遥感使用的高性能光电管。由于芯片面积大,内阻做不高,通常精密仪器不用大面积的光电管。内阻高的光电管,漏电流小,漏电流本来就小,温度变化影响也小。漏电流与封装有很大关系,那种金属帽封装的,漏电流大很多。全陶瓷封装的,漏电流是很小的。小光电管,厂家提供的内阻数据是 GΩ级,mV 级电压,漏电流数量也就是 pA 级。王飞先生说,室内温度影响光电管电流,我猜测王飞先生使用的光电管型号有问题,或者是使用模式有问题。
  电源是这样,自身稳定的电路是可以使用开关电源的。开关电源也就是变频电源,具有重量轻的优点。手机充电器也是变频电源,很轻巧。当然,作为仪器电源,质量选好一点。最初我就用手机电源做试验,那东西不能长时间工作,烧坏了一个。后来,花 100 多元买了一个 +- 5V 3A 的。有一次,正负极接错,把放大电路烧坏,把电线烧冒烟了,电源没事。我发现开关电源电压很稳定的,四位半电压表测量电压,+ 5V 恰恰好 + 5V ,- 5V 有一点偏差。如果你的电路稳定性不好,电池确实是最好的电源选择。如果你能够把电路自身做稳定,当然开关电源是最好选择。因为充电电池使用几年需要换新的,充一次电使用时间也是有限制的。
 [40楼]  作者:王普霖  发表时间: 2014/05/31 10:23 

对[39楼]说:
最好不用开关电源,用电池是最好的选择。你用万用表看开关电源电压很温,但是开关电源纹波很大,高频噪声大。
 [41楼]  作者:王普霖  发表时间: 2014/05/31 10:25 

对[39楼]说:
最好不用开关电源,用电池是最好的选择。你用万用表看开关电源电压很稳,但是开关电源纹波很大,高频噪声大。
 [42楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2014/05/31 15:47 

Temperature coefficient of Vo....EA = 1 klx ....- 2mV/K

Temperature coefficient of Ik....EA = 1 klx.....0.1%/K

以上就是我买的光电管温度影响数据,可见1°的变化已经远远超过我们要测量的数据,房间不同位置温度相差1°不奇怪的,这样不是很容易产生非0的实验“结果”吗?

还有我说的电磁指的是电磁波干扰,如果大家用过老式的羊角天线,就知道这个位置是有区别的。

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[楼主]  [43楼]  作者:youngler  发表时间: 2014/06/01 09:07 

  王飞先生提供的英文讯息 Temperature coefficient of Ik....EA = 1 klx.....0.1%/K ,应该理解为光电管的光电效率与温度有关。这说明温度影响实验方方面面。实验设计就是,想办法如何做强信号、如何减少干扰。当信号较弱时,我们会被各种干扰弄得精力憔悴。这么看来,当 2 个光电管温差大于 1 K 时确实需要考虑。不过,两光电管有必要布置得那么远吗?你的实验装置尺寸那么庞大,旋转方便吗?如果某个实验设计,光电管确实布置得那么远,我觉得实验应该改进方案。我后来设计实验,一直照顾以后的仪器开发,所以秉承现代仪器应该小巧这一原则。我的平台尺寸是 200 mm *300 mm *12 mm , 2 个光电管距离< 200 mm 。估计不需要考虑 2 个光电管的温度差异,如果确实需要考虑温度一致,也可以放在铁管里。
 [44楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2014/06/01 22:48 

温度的影响不仅仅指两个光电管之间的差异,即便是一个光电管,由于实验设备暴露在空气中,两次测量间的温度变化仍然形成巨大的影响,我们看到1K的变化,数据就变化1%,那么0.1K的变化,实验结果就要变化0.01%,而我们的数据往往就是测量0.001%的变化,由于两次测量时,设备需要转动90°或180°,光电管必然需要在两个位置出现,这个变化也使得光电管的位置温差显得严峻。过去杨红心先生实验就遇到这个问题,后来盖上棉被就没有测量数据的变化了。可见温度变化在弱信号的测量中影响非常大。其实不但光电管会受到温度影响,整个系统几乎没有不受温度影响的。
另外,防止温度变化而采取缩小尺寸的做法也不可取,因为这样加大了测量信号的难度,本来信号就弱,加上测量手段的困难,对于我们增加信号强度是一个捷径,我觉得对测量设备做一个整体的保温,效果会跟简单,漏洞也会减低,从杨红心先生的棉被可以看出,保温并不太困难,而为了对付温度变化而采取的减小体积,以及发杂的电路补偿办法,后者显得得不偿失。


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[楼主]  [45楼]  作者:youngler  发表时间: 2014/06/02 08:59 

  实验设计是系统问题,需要系统考虑。不是简单的要做强信号,而是要做好信号,做出高质量的信号。用专业语言来说,设计实验就是要努力做出高信噪比的信号。在这里,漂移被看作是一种低频噪音。系统尺寸小,温度保护容易,信号质量获得提高,我考虑的主要是这个原因。
  很多人开始做光路,为了增强信号,总是喜欢做长光路。这个问题,我以前也说过多次。我觉得,实际上这是一个美丽陷阱。杨红新的问题,也是这个问题,就是试图把光路系统尺寸做大,然后碰到这个问题,那个问题。再到后来,实在没有信心继续探索下去,只好放弃。
  温度保护需要成本,这个成本,与光路长度的 3 次方成正比。有些实验,因为要求高,这个成本很高。光路长度增加一倍,这个温度保护成本会变成上万元。做小光路尺寸,是整体考虑之下无奈的选择。尽量做小实验装置尺寸,做小仪器尺寸,也是现代科技水平的体现。做大装置尺寸,体现了业余思路业余做法。能够做小仪器尺寸,体现专业水平。
  诚然,很多人做大光路尺寸,也是无奈的选择。他们茫然不知微信号检测技术,不愿意购买微电流仪,也怕借不到微电流仪,也只好寄希望于做大光路尺寸。其实,工业级微电流仪,有公司愿意支持个人兴趣爱好,3500 元就可以买一个,市场价格近万元。
  主张做小实验装置,另一个原因是,你的实验装置太大,即使有效果,有人感兴趣,愿意参观,旅行也是一个问题。实验不是做起来放在家里给自己看。实验的目的是为了说服科学界或者引导工程界开发后续的实际应用。你拍下视频展示实验结果,人家就会相信你?没有这么简单。
 [46楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2014/06/02 23:18 

我觉得我们做实验的目的不是为了向专业看齐,而是要以我们的实验为目的,以最简单的手段实现结果,避免不必要的困难,该严格的地方就一定要严格,可以放松的地方也一定要放松,这样做的好处是显而易见的,毕竟大家不是都有几百万多余的钱可以在实验上任意消费,所以有效的节省是成功的一半。羊先生在实验上很认真,也比较愿意投入,几年下来花费不少了吧?其实我之前也有些意见,但羊先生很不愿意听,以为我失败太多,所以胆子太小,不能看到希望,非得有初生牛犊不怕虎的精神才行,迈莫干涉实验证明不是这样,实验前应该做充分的考虑,这样做可以避免不必要的弯路。


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[楼主]  [47楼]  作者:youngler  发表时间: 2014/06/03 09:01 

  你上面说的听起来也很有道理,但是我觉得你们做实验之前都没有认真做论文。因此,你们所谓的严格就是一句空话。这里的论文,不是指为了发表的论文。不发表,也是论文。你看人家 GP-B 实验,先做几百篇论文,然后卫星上天。你做实验,不做论文,连别人的论文也没有认真看,然后就采购 200 mW 半导体激光器做光速实验。我估计你根本不知道你购买的半导体激光器是单模还是多模,光谱带宽是多少。这种做法也不是摸着石头过河的做法,只能说是不明就里的稀里糊涂做实验。这不是做实验,而是玩家家。如果,你不知道什么是激光器纵模横模,光谱带宽,那么先补光学专业知识,再来设计实验。设计实验之前,先把论文认真写好。写好论文之后,再设计实验,然后采购实验零件做实验。
 [48楼]  作者:maxceramic  发表时间: 2014/06/03 11:40 

同一光源,相同的工作条件,工作状态绝对相同。当然实验中工作条件总是会有微弱变化。这种不规则变化,与实验预期的规则变化。不断地实验,观察结果。再提高实验预期规则变化量,再不断地实验,观察结果。你就可以得出结论。

有条件,可以把实验做精细一些。没有条件,采用经济节约的方法是可行的。毕竟是要自掏腰包。
[楼主]  [49楼]  作者:youngler  发表时间: 2014/06/03 13:28 

  本课题信号是可以做强的,不是微弱信号检测类实验。问题在于王飞先生没有进行光路类型选择,而是依实现方便随手捡到 Sagnac 光路代用。
  衍射干涉方法测量单向光速,可以有很多办法,只要做出干涉条纹就行。即使没有特意设计的干涉条纹理论上也是可行的,激光器本身光束也会形成衍射干涉图案,只是检测效果很差。按理论推测,激光器向东向西会有不同的扩散效果。检测这种扩散效果不同,可以测量单向光速差异。但是,我考虑到这些简便方法效果不好,所以没有选择这样做。继而转向学习黎卡先生的做法,利用测量光栅衍射角方法测量单向光速差异。
  衍射干涉方法测量单向光速,方法很多,但是遵循一个规律:信号份量与光束扩散角度成正比,与干涉条纹宽度成反比。所以,设计这个实验要做大扩散角,做细干涉条纹。光栅,正是可以达到这个要求的光学器件,利用光栅光路是最好的选择。王飞先生连光栅这样的必要器件也不愿花钱购买,也太节省了吧。
  所以王飞先生的代用光路,这两方面都不理想。Sagnac 干涉仪,光束扩散角很有限。然后是强行用柱面凹面镜扩束,只是利于操作,没有提高信号份量。200 mW 半导体激光器,单色性差,导致有用的边缘处干涉条纹模糊。这样的光路,后续的检测不麻烦才是奇怪事。
 [50楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2014/06/05 16:52 

我们做实验,要以实验内容选择我的器材,而不可贸然以为专业的设备才能用。毕竟这个实验不过就是看个干涉条纹,只要能看到清晰的干涉条纹,其它的都是废话了。

【然后是强行用柱面凹面镜扩束,只是利于操作,没有提高信号份量。200 mW 半导体激光器,单色性差,导致有用的边缘处干涉条纹模糊。这样的光路,后续的检测不麻烦才是奇怪事。】

其实这个问题可能与相干长度有关,但不是说一定就要买一个稳频的He-Ne激光器才行的,由于柱面凹面镜扩束的原理在局部可以近似了三棱镜,这样利用简单的三棱镜就可以实现边缘清晰的干涉条纹。实际上我的实验准备已经做了一半,这个干涉条纹的扩束宽度(按照三棱镜类似)已经达到4米,因此波长的变化而导致整个干涉条纹宽度的变化是巨大的。由于采用三棱镜,光束并未因巨大的扩束而强烈衰减,因此小功率的激光器已经可以胜任。但正是因为使用三棱镜,使得问题的症结暴露出来,所以我才会在羊先生在理论物理吧中的贴中告知无法实验,一个非常规的波长变化无法使用常规的波长变化的干涉移动进行计算,实际计算结果是0移动。

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[楼主]  [51楼]  作者:youngler  发表时间: 2014/06/05 21:15 

  聪明的王飞先生,思考问题完全凭感觉,而且总是非常相信自己的当时感觉。一会儿鬼使神差,一会儿特殊情况,反复无常。能不能好好思考以后再说肯定的话,凭感觉的时候,以谦虚的口气说话。
 [52楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2014/06/05 23:20 

没关系,你不认可就去实验证明吧,就像过去一样,尽管我不看好,还是祝你成功。

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[楼主]  [53楼]  作者:youngler  发表时间: 2014/06/06 19:18 

  超越相对论,总不能靠嘴皮子。我们总得想一些检测以太风速度的思路。是 Michelson 干涉仪思路还是别的思路还是别的思路?我们应该思考。过去,只有 Michelson 干涉仪一种选择,于是只有想办法解决它的技术困难问题。现在,发现了更多的思路,就有了选择。更多的思路靠更多的人有灵感想到。灵感是偶然的概率事件,我们可能没有灵感想到检测以太风速度的更好办法。如果我们没有灵感,至少应该认真思考别人的灵感。很多科学爱好者都有君子动口不动手的毛病。能够动手做过一些实验,总是值得肯定。但是也应该总结经验,不断提高,走出家庭作坊式的实验方式。通过学习光、电专业知识,应该相信,没有不能解决的技术问题。
 [54楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2014/06/07 10:47 

其实也不是没有想法,比如迈-莫实验就可以简单的加大两臂的长度以获取足够测量的变化率,采用几公里以上的光纤是个好办法,我过去手头就有30公里一卷的单模光纤,但当时没有意识到实验,全部低价卖掉,不过当时好像不记得能不能拿到两个出口,好像只有一个线头,这是一个问题。还有就是如此长的光纤很难做到两个长度非常接近,因此光源的相干长度要足够大,稳频的He-Ne足够满足,温度的控制也是一个问题,过去跟王汝涌老师讨论过这个问题,他特别担心后者。如果能做到以上条件,几百米的以太风还是足够可以测量的,光纤并不会被用掉,可以借用,实际费用可能不会太高。

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[楼主]  [55楼]  作者:youngler  发表时间: 2014/06/07 15:38 

  光纤方案,需要高质量的保偏光纤,高质量的耦合器。这些都是军控产品,如果没有专业单位支持,估计有钱也买不到质量合格的产品。光纤陀螺中,地球磁场影响是对称的,好的光纤陀螺还是需要用保偏光纤来做。Michelson 干涉仪,两路光路的磁场影响不对称,更需要用保偏光纤来做。光纤折射率均匀度不好,散射噪声很大;耦合器质量差,偏振噪声很大。我知道,王汝勇老先生支持光纤型 Michelson 干涉仪思路。不过这个费用有点大,由哪个个人来出,估计只有他出得起。所以,我在寻找更好的实验方法,试图用更加容易实现的方法来推动更加专业的实验项目。
 [56楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2014/06/07 17:28 

光纤陀螺观察的是光干涉导致的出口亮度变化,这已经与散射没有关系了,与磁场的关系我也无法找到理论根据,只见到刘青武的几个效应中似乎有,但没有得到其它人的认可或重复验证,希望给出一个链子说明一下来源?
我觉得光纤的要求主要是衰减度,毕竟我们需要较长的光纤。另外我们不需要市场上的光纤,而是没有包裹外套的光纤,这样体积非常小,几十公里也就直径一尺(卷)左右。任何产品都有民用与军用,如果你的精度足够,就不要想太多。

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 [57楼]  作者:caozhongyin  发表时间: 2014/06/07 17:45 

寥落古行宫,宫花寂寞红。
白头宫女在,闲坐说玄宗。
[楼主]  [58楼]  作者:youngler  发表时间: 2014/06/07 20:47 

  王飞先生,你好,你好像从来没有找些光纤陀螺的论文来看过,又在这里说外行话。你查一下,磁光效应,网上介绍文章一大堆。民用光纤,是通信用的光纤,没有偏振要求。浙大用民用光纤做中精度的光纤陀螺,但需要加消偏器。反正,精度要做好,有一些技术问题,需要费用来解决。现在的光纤都是低损耗的,光强度衰减倒不是问题。如果光纤短,用保偏光纤经济,光纤长,用通讯光纤+消偏器经济。Michelson 干涉仪,不需要太长的光程。有 200 m 光纤就够了。光纤短,用保偏光纤费用低、效果好。
 [59楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2014/06/07 22:58 

羊先生,你说的磁光效应之前还真的没有研究过,现在看来也不会与光纤陀螺发生关系。
另外,我也不知道你为什么要保偏?难道你实验用的是偏振光?

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[楼主]  [60楼]  作者:youngler  发表时间: 2014/06/08 07:16 

所有的激光器都是偏振光,而且几乎是不稳定的偏振光。

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