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用 DVD 盘片做光栅，只是容易获得。容易得到的代用品，不是专门为某项功能设计制作的东西，肯定有它的缺点。DVD 光栅衍射效率低，前面说了。还有它的刻线不是直线，使用扩散光束上受到限制，或者需要设计适应它的光路。所以，使用专门为了衍射干涉效应制作的光栅有好处。
学生光栅，不是专业光栅，肯定也有很多不足。即使是工业应用光栅，反射型光栅据介绍也只有 50% 的效率，透射型的光栅衍射效率更低，暂时估计我们使用的光栅，它的衍射效率是 25 % 。再考虑学生光栅的栅距稍大，1 μm 。我重新估计了一下，细光束下能够获得的信号电流，大约是 0.23 μA 。依然无法用普通万用表的 μA 功能检测。更换光栅，效率提高不大。但是学生光栅的优点是，尺寸较大，有潜力做出大的光束。如果能够充分利用，可以获得 > 10 μA 的电流。当然，这需要使用 VCSEL 激光器，而不是 He-Ne 激光器。当要求较低时，什么东西都可以组合。当要求较高时，就要考虑零件部件性能之间的合适配合。玻璃光栅，配合 He-Ne 激光器。塑料光栅配合 VCSEL 激光器。 |
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上面的实际分析，虽然不是很准确，但是大致能够说明问题。也就是，学校里演示用的光栅在本课题使用，效果提高不明显。而且我也担心，其中 1μm 栅距光栅，学校不一定有。网上的批发价虽然不贵，大面积的光栅大约 45 元 1 个，这是批发价，没有提供零售价格。这种规格，淘宝上没有零售，增加了采购的不方便。还有一个问题，透射型光栅，需要更大的平面空间布置。如果是设计仪器，这也是很大的缺点。淘宝上有栅距 0.83μm 的玻璃光栅。前面说了，玻璃光栅是需要配合 He-Ne 激光器或者其他类型波长稳定的光源使用的。我不想买一个 He-Ne 激光器，借一个暂时用一下也可以，但是最后是要还的。但暂时我还没有其他好的光源。所以只想 塑料光栅 + VCSEL 激光器 来进行初步的试验。
所以，无奈之下，又将着眼点指向 DVD 光栅。DVD 光栅，也是大尺寸反射型光栅，这是优点。反射型可以导致实验装置结构紧凑，大尺寸可以弥补衍射效率方面的不足。DVD 光栅除了衍射效率低下这个缺点，还有环形栅可能带来的问题，可能也需要解决。我有一种担心，使用 DVD 一个扇面的扇形栅衍射光束聚焦成亮线，可能不是直线。如何解决这个问题，花费掉我很长的时间和很多的精力。想过很多种解决方案。是，解决的思路有很多，比如将圆环形 DVD 切割成很多很细的扇形，然后再重组出一个直线条纹的光栅。也可以将光束水平方向扩散，垂直方向准直，或者聚焦，即光束只在 DVD 一个半径线上聚焦，利用其中一组光栅。这样截取的光栅相当于直线条纹光栅。 有时候想来想去，也觉得，其实环形栅也可以说不是问题。衍射光束如果不能聚焦成一根直线，总可以聚焦成一个斑点，操作斑点也可以。并且，有一种情况我能够肯定，只要光源位于 DVD 盘片的转轴上，衍射光束也是点发散光束，可以聚焦成一个斑点或者一根直线亮线。也许，弓形条纹还是直线条纹，根本不影响光栅衍射。如果真是这样，当然更好。 |
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总想得到一种设计方案，能够直观显示光栅板光点漂移现象。 根据衍射线漂移量算式， α= 2 vλD / c d d ， 光速 c = 3e8 das ，地面速度 v = 400 das ， 通常，光栅常数 d = 0.74μm ，光栅处光束宽度 D = 42 mm ， 如果选用 VCSEL 激光器 λ= 0.64μm ，得到衍射线漂移量， α= 2 * 400 * 0.64 * 42,000 / 3e8 * 0.74 * 0.74 = 0.13 根据游标卡尺道理，0.13 个光斑移动量，可以直接观察。上图绿线画的光束就是提供参考比对的亮线。由一个球面镜聚焦，另一个柱面镜扩散成亮线。
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| 傍晚时候，意识到观察屏转一个直角，去掉中间绿线条画的参考光束，让两个衍射光束自身比较更加好。晚上把光路图做了重画。画好后，发现一个光路设计错误，这个光路存在散光问题。看来，看似简单的光学实验，其实并不简单，很多理论的陷阱和技术的陷阱，稍一粗心就会不知不觉陷进去。明天再改正原理图。 |
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花了一个上午的时间将方案图重新画好，克服了环形光栅带来的散光问题。想明白了，环形光栅的衍射光束不是点发撒光源，而是线发散光源。这里还是方案的示意图，透镜像差问题没有考虑，实际制作的光路，需要三个柱面透镜。中间的屏与入射光束有交叉，可做成空间光路，立交桥那样上下分离，所以实际上是可以不干扰的。 |
| 非常有创意的一个实验，youngler 先生千万不要悲观！新的理论和判决性的实验，都不可或缺。类似季灏老师的“加速器输出粒子的能量和轨道异常现象的实验”、Sagnac 实验，等等这一类实验的不断出现，我相信，总有一天，由量变到质变，狭义相对论会被推翻。youngler 先生，加油！！！ |
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想到两个问题，1、技术方面，设计方案进步，对于物件的要求已经降低，2、理论
方面，光栅衍射干涉不存在相干长度问题。 实验探索构思出直接观察光束漂移的实验方案，带来一些技术方便，对称设计下， 光栅栅距的热胀冷缩，光源波长的漂移，都变得几乎不影响实验效果。这有利于实验从 构思走向设计走向实施。但是实验对于光源还是有一点要求的。对于光源带宽即光波色 纯度依然有要求。光波颜色不纯，衍射光束存在色散，光束亮线变粗，影响观测漂移效 果。考虑这一点，普通的半导体激光器或者说激光二极管还是不能满足以上设计的要求 。采购 VCSEL 激光器，查了一下，阿里巴巴和淘宝的，都只有 850 nm 。 从光谱仪光栅能够把白光生成彩色光谱来看，光栅衍射干涉不存在相干长度问题。 光栅的长度远远大于了白光的相干长度。 |
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lz, 这个实验结果为零。你可以试着去做。另外，我已经做成功了更合理的漂移实验，将不久公布原理和结果。
黎卡 |
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很高兴发现 黎卡 先生来到本论坛本话题。我现在是工作之余爱好空谈光学实验，更看重的是探索过程，不在乎最后结果。正像攀岩，能够得到什么？光秃秃的岩石，不能得到什么，就是挑战的快乐。
有些东西，我们无法理解，但是必须接受事实。光波的很多奇怪行为，我们无法理解，但是应该接受事实。光栅衍射干涉，事实表明与相干长度无关，我们就只有接受无关的事实。 当然，这给实验设计带来一个支持。只要解决带宽问题，就可以使用容易采购到的普通激光二极管做本课题的光源。带宽太宽，亮线无法变窄，影响实验分辨度。简易的压缩带宽的方法，是利用玻璃色散，在焦点处放置小孔或者窄缝，能够起到让适当波长的光波通过，其他波长减少通过。这叫选频，或者叫滤色。当然，既然是光栅实验，利用光栅制造色散然后选色，是效果更好的方法。当然，这会增加实验的复杂程度，也大大降低了光束的亮度。计算过，要接近聚焦极限，需要光束带宽大约是 0.003 ，带宽缩窄 1000 倍，光束亮度因此就降低了 1000 倍。由于激光二极管有输出光束功率大的优点，最后，亮线的亮度估计不是问题。退一步，暗室里总可以看到聚光的亮线。 |
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对于本课题，直接观察的演示实验，680 nm VCSEL 激光二极管，是最合适的光源。但是，好事也非常不如意。这一号新产品没有进入零售渠道，批量采购，4000 元卖给你 1 万个，这 10000 个都给你，不管你要多少，4000 元钱不能少，没有商量余地。好哈哈啊，想买个小玩意，你当我是大买家啊。查来查去，大概这个小东西，只有塑料光纤收发器用这个东西。找到塑料光纤收发器厂家，厂家说，要么你就买一个塑料光纤收发器吧，单买其中的零件，我们丢下其它配套的零件报废，我们不做这个亏本生意。找到当地电信的熟人，打听本地有没有塑料光纤收发器在推广应用，心想找个不好用的拆机。但是他们都说本公司只用石英光纤的终端机，没听说过塑料光纤。估计，剩下方便的办法，只有借一个 He-Ne 激光器的选择了。也不由得你原本不是很喜欢。
所谓，VCSEL 型半导体激光器，是在半导体材料层平面出光的激光器。普通半导体激光器是 FP 型，沿材料层平行方向出光。这种普通的半导体激光器为减少衍射光损耗，出光面反射率大约 50 %，透射率也是大约 50 % ，激光谐振次数少，激光单色性不理想。没有光栅选频，波长也容易漂移。为了改进这两个缺点，发展了很多专业的激光器技术，和很多新型的激光器类型。VCSEL 就是新型半导体激光器之一。但是，凡事都有优点和缺点。VCSEL 激光器质优价廉，但也存在功率小，偏振不稳定这两个缺点，限制了它的应用。所以，当我用到想购买一些的时候，没有廉价的购买渠道。 其实，也不是仅仅是我对于激光器有这样的要求。那么，专业碰到类似的问你题是怎么处理的呢？他们是花钱买高档的激光器。那么高档激光器又是怎么用低档的半导体做出高档的激光器的呢？这就是外腔技术。在普通半导体激光器外设置反射镜和谐振腔，同时将一部分光束返回半导体激光管内部谐振腔。让合适的波长获得更大的受激辐射机会。系统波长主要由外腔谐振决定。 |
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由于半导体激光器内腔非常细小，让外面的光束聚焦返回半导体芯片内腔，非常不容易，也不稳定，为了稳定工作需要一些技术措施和代价，比如石英玻璃平台。所以，性能好的激光器，可以买到，各方面的指标也能够让你满意，就是价钱不是业余玩的。很多时候，人们选择古老的相对廉价的 He-Ne 激光器，就是这一个原因。
先借一个 He-Ne 激光器试验一下，是暂时最好的选择，以后的事情以后再说。有时间精力，可以玩普通半导体激光器带宽压缩。这样可以避免 He-Ne 激光器体积庞大的问题。相比而言，反馈方式压缩普通半导体激光器带宽，效率高。外选择方式，几乎的光束能量是白白浪费掉了。虽然可以选择高功率的激光二极管，但是不管怎么说，这是一个笨办法。曾经粗略估计过，这种做法至少需要选择 200 mw 以上的 FP 型激光二极管。 使用 He-Ne 激光器，采购焦距 3-4 mm 柱面聚光镜 1 个，用以扩束，焦距 130-150 mm 大柱面透镜 3 个，或者 1 个切分成 3 个，1 个用以恢复平行光，2 个用以衍射光束聚焦。然后裁下 DVD 光盘的一小片，就可以摸索着如何玩光路了。 本实验如果原理上没有问题，相比而言，是一个技术简单一个光路实验，也适合业余学习光学知识，适合业余玩的光路实验。 |
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昨天，想到绿光激光器是一种固体激光器，可能输出的是一种窄光谱的激光。绿光波长短一些，光栅衍射干涉扩散效果会降低一点，不过人眼对于绿光最为敏感，这是绿光的优点。网上卖绿光激光器，价钱不贵，大约 200 元可以买到 60 w 长时间工作的。问题是，绿光激光器的光谱宽度这个数据心里没底，上网查了一下，不怎么容易找到这个数据。可能是一般地方使用激光器，光谱宽度这个指标并不重要。所以很少有介绍。花了很多时间，总算找到个把数据，大概是这样，普通的是 0.1 nm 带宽，单纵模可以小于 0.0001 nm ，但是了解了一下单纵模绿光激光器价格，远远超越心理价位。 反正有 He-Ne 激光器做保证，光源质量是有保证的，只是想找个体积小一些的，电源简单一些的，以后可以继续找。所以接下来，关心像差的事情。除了光源的谱宽，这里还有两个像差来源，一个是光栅本身的栅距不均匀会导致像散，第二个是透镜像差。采用长焦透镜有利于消除像差，缺点是这样会导致实验装置尺寸增加，当然也可以采用往返光路解决这个矛盾。DVD 光栅，不是光学光栅，估计会存在散光问题。如果确实存在，则需要购买玻璃光栅。 |
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是大约 200 元可以买到 60 mw 长时间工作的绿光激光器。带宽 < 0.1 nm 的激光器，价格都贵。相对来说，还是 He-Ne 激光器的价格，接近平民爱好。网上有很多拆机的 He-Ne 激光器管子和电源，更是便宜，也可以是一种选择。这东西，也不是常用，能用一阵子就行了，更多的时间是放在那里。买好的也是浪费。
我这么详细介绍实验的目的，是希望大家也来动手做实验。一个理论牵出一个实验，胜过地球人 100 年的辩论，这说明 理论+实验 的强大力量。论坛的辩论真的很想苍白，辩得最好也只是科学理应该是这样，仅此而已。所有社会的现实都不是按共产主义的合理理想来运行的。科学界也是如此，不是共产主义的社会，也是，猜的准的是科学，有用的才是科学理论。所以，不能走到实验的理论，结局是很无奈，没有人会关注的。这么多年来，我想大家都深刻体会了这种处境。所以，总结经验，做科学不能老是说理。其实，要是总是说理的说理，也就不是科学。理论应该具有指导实验的功能，应该走向实验。走向实验，从培养实验兴趣开始。实验能力不是天生的。都是逐步学习获得的。有兴趣设计实验，并努力设计实验，会让我们加深对于理论的理解，也逐步积累了实验设计能力。错了没有关系，错了可以改正。错多了，会逐渐找到正确的路。我也本不是学光学专业的。是设计实验需要，学了一些光学专业的知识。实验知识是可以学习和修炼的。先从简单的做起。 |
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很高兴获悉有人也参与了这个实验队伍。我希望更多的人能够参与这个简单的实验 。一个人的实验结果出来，是与不是，人们都是将信将疑的。实验，本来就需要很多人 重复。Michelson 实验，也是后来很多人重复都是同样的结果，才获得科学界的认同， 然后理论物理学家寻找理论解释。当然，现在这个实验，是先理论分析清楚，然后进行 试验。是引力场不随地面自转模型指导下的试验。当然，这种模型很多人知道，并不新 奇。因为光纤陀螺能够检测到地球的自转就显示了这种模型。 我用 He-Ne 激光器 + DVD 光栅，做了一个简单的光栅衍射光路。很快体现到了 DVD 光栅存在 4 个缺点：散光，两衍射光束聚焦不一致，衍射光束暗，调整麻烦。DVD 光栅这些缺点，可以说，几乎都在意料之中。聚焦不一致，事先似乎没有注意。也没有 注意到这个问题会带来一些调整麻烦。以前没有在试验中使用过简易的 He-Ne 激光器 ，把 He-Ne 激光器的正负极接反了，弄坏了一个激光管。由于 DVD 光栅散光，暂时无 法进行演示试验，所以转而试图用光电检测。等学生用光栅到货以后，演示试验继续进 行。用光电检测办法，电路制作不难。相对而言，电路更适合业余玩。但是，很快发现 ，光电流存在无规则的漂移现象。所以，简单的光路实验，也碰到了一个不大不小的技 术困难。 |
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youngler 先生：
做这种实验需要考虑的问题太多。基座受振动因素、比如地震，每时每刻都在发生、比如空气流动，使空气密度忽大忽小、夏日地面上出现的海市蜃楼现象就是空气密度不均匀产生的。在玻璃窗内，看外面阳光射入房间内，经常会看到有热气流上升造成的流动影子。即使房间内全部封闭起来，由于激光很热，比日光强很多，也会在光速经过的路程上烧出热通道。该通道会使空气产生运动。 减震、稳定的基座是必要的、光通道真空是需要考虑的、材料的热稳定性也需要考虑，比如采用零温度系数的架构材料，采用恒温装置等。高要求就势必带来高投入，个人肯定难负担。 |
