就现在的技术条件,
是否足以直接验证直线段内的sagnac效应呢?
可以计算一下:
验证直线段内是否存在sagnac效应所需的最短光纤长度L'=?
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假设:
1、在航天器上放置一段长L'的直光纤,
2、光纤的一端放在航天器s'系的原点O'处,
并且连接一个激光脉冲源 + 原子钟A,
3、另一端当然是在s'系的L'处了,
并且连接一个光电传感器 + 原子钟B + 时间计数器(测时间间隔),
4、航天器的速度是v,激光方向与v相同,
5、s'系静止时,光纤内的光速是c,
光传输所用的时间为:T'=L'/c,
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实验方法:
当航天器的速度达到v后,校准原子钟A和B达到同步,
在原子钟A和B的同一时刻t1':
1、原子钟A向激光器发出启动信号,
于是原点O'处的激光发出一个极短的光脉冲P(飞秒极),
2、原子钟B向时间计数器发出启动信号,
于是L'处的时间计数器开始计时,
在t2'时刻:
光脉冲P到达L'处,时间计数器停止计时,
于是测得:光在运动光纤内传输的时间是:
(T'+Δt')= (t2'- t1'),
(注意:这里的“运动光纤”是相对地面s系而言的,不是相对s'系)
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分析:
如果直线段内存在sagnac效应,则必然有:Δt'≠0,
即:
T'=(L'/c) < (T'+Δt')= t2'- t1'
如果测量的结果是:T'=(L'/c) = (T'+Δt')= t2'- t1',
则必然有:Δt'= 0,
说明直光纤段L'内不存在sagnac效应,
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计算:(所需最短光纤长度L')
假设由于s'系以速度v运动,直光纤段L'内存在sagnac效应,
由sagnac时间差的一般计算方法有:
(T'+Δt')=L'/(c-v)
由于:T'=L'/c
带入得:
[(L'/c)+Δt']=L'/(c-v)
解得:
L'= cΔt'/[c/(c-v) - 1]
其中:
Δt':目前所能达到的时间计数器精度,
v:目前航天器s'系所能达到的最高运动速度,
假设:
Δt'=10^-12 秒,(商品“时间计数器”就可以达到皮秒级了),
v=10000 米/秒,(近似为航天器的速度),
则:
L'=cΔt'/[c/(c-v) - 1]
=10e8 * 10e-12 / {[10e8/(10e8 - 10e4)]-1}
=0.9999米 ≈ 1米,
即航天器上用来验证直光纤段L'内是否存在sagnac效应
所需的最短长度L'=1米就够了,
如果光纤长度L'=5米,就可以得到5皮秒的sagnac时间差,
如果用超音速2倍的飞机(比如协和客机),速度v=600米/秒,
由计算可知,需要的最短光纤长度L'=16米,
而协和客机的客舱长度是39.32米,
其实估计实验室级的“时间计数器”精度还会更高,应该可以达到飞秒级,
否则怎么能测量到激光脉冲的时间宽度达到了飞秒级呢?
这方面崔木培先生应该比较清楚吧?还请多指点?
如果以上公式推导或计算有误,还请各位直言指正,
备注:
如果对比光纤段两个方向的时间差±Δt',
则所需的光纤长度为L'/2,
这种双向对比的测量也可以更清楚的说明问题?
互为基准,可以排除一些测量上的漂移误差影响,
从前段时间与jiuguang探讨验证绕地球光纤段内sganac效应的情况看,
主要问题可能是光收发器模块的精度和稳定度的问题,
从台湾的实验报告看,
光纤的长短对测量精度和稳定度的影响基本可以忽略,
时间计数器的短期测量精度可以到达10皮秒,
所以要测量数皮秒或飞秒级的sagnac时间差,
看来还需要更专业的光电传输及测量设备才行?