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为什么驻波法测不到单程波长和单程光速?
[楼主] 作者:正和  发表时间:2006/11/07 12:26
点击:991次

标准的波长定义是针对行波的,因此从定义上说驻波波长就不能做为行波的单向波长。大家可能对我援引定义的论证方式不满意,我也乐意做出更进一步的分析,以破除单程光速可测的最后一个幻想。
设所用光波的周期为T。我们来分析长度为L的谐振腔中产生驻波的充要条件(设L的左端坐标为0)。
对于波节x,向右传播的光经反射回到x时应反相,即相差半个周期;向左传播的光经反射回到x时也应反相,即相差半个周期。
注意反射时有半波损失T/2(所谓半波损失即半个周期损失),亦即反射界面处必为波节。可列出方程如下:
从x处向右再回到x用的时间t=2(L-x)/c(利用往返平均光速恒为c这一原理),相位p=(t+T/2)/T=t/T+1/2=N+1/2,即t/T为整数。
从x处向左再回到x用的时间t'=2x/c,相位p'=t'/T+1/2=N'+1/2,即t'/T为整数。
那么(t+t')/T也必为整数,即2L/c必为整数。反之若2L/c为整数n,则必可找到x使得上述的t/T和t'/T都为整数,产生波节。
以上论证完全不涉及单向波速,产生驻波的条件完全是由往返平均波速决定的,只要往返平均波速恒为c,就能产生相同的驻波。
驻波的波长,不是单向行波的波长,而是相邻的干涉相消点的距离的二倍,而干涉相消点的距离,完全由往返平均光速决定。因此驻波法测得的光速也是往返平均光速。 再从另一角度看,驻波是一种干涉图式,而不是行进中的波,谈不上传播方向,而是两种方向的混合,因此驻波波长不是单向波长,与其它干涉法测得的波长性质一样。
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 [2楼]  作者:szshanshan  发表时间: 2006/11/07 16:28 

别以为捞到稻草了,我说的“驻波法”是指用整数波长来标定落体的动态反射端面,测量下落距离是用行波计数而並不是用驻波。重力加
别以为捞到稻草了,我说的“驻波法”是指用整数波长来标定落体的动态反射端面,测量下落距离是用行波计数而並不是用驻波。重力加速度绝对测量中计量下落的距离是关键,因落体在运动而难于确定运动镜的确切位置,中国计量院郭有光研究员为首创立的整数波长的“驻波定位法”解决了这一难题,在国际重力加速度绝对测量比对中赢得了声誉。在重力加速度绝对测量中不仅要用Kr辐射波长(或碘稳频激光波长)计量长度,还要用Cs钟计量该下落距离时刻的时间。计量长度和计量时间通过计数波长和计数周期就可,关键在于符合定位,用整数波长的“驻波定位法”可大大提高Kr辐射行波波长(或碘稳频激光行波波长)数目的计数准确度,Cs钟周期的计数容易计数到小数点后的分数,只要符合定位精度高,准确度就高。
用单向传播光的行波与铂铱原器比较时,因铂铱原器是静止的,相对落体的测量而言,原器的两端面都是不动的,使得符合计数Kr辐射行波的波长数目会简单得多,完全用不着整数波长的“驻波定位法”。
当要测单向光速,还要符合计数Cs钟的周期数。Cs钟精确到了飞秒(10^-15秒),用铂铱原器米比对校准了的Kr辐射波长(或碘稳频激光波长)的米作为标准长度而不考虑其误差,则单向光速原则上可测量到10^-15米/秒的精度,由于符合精度只有10^-12秒,此方法测单向光速只有10^-10米/秒至10^-12米/秒的精度。
用单向行波的外差干涉与拍频法检验单向光速的各向同性,由于是相对测量,可达较高的相对精度。

 [3楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/11/07 18:21 

你很清楚:双程光速=单程光速 的关键就是光的各向同性

郑和的数学推理能力没说的,
不过说到一般逻辑和实验问题,那可是他的短处?
当然谁都是需要三人行取长补短,

迈莫干涉仪测量单向光速就是个简单的逻辑问题,
既然双程光速=单程光速的关键是光速各向同性,
而迈莫干涉仪本身就可以用来确定光速是否各向同性,
那么由迈莫干涉仪的任一臂或其他任何双程测速装置
测量出的往返光速不就等于单程光速了吗?

除非当把迈莫干涉仪搬上太空站后,发现光速并非各向同性,
那就另当别论了,那就是相对论解释不了的问题了? 至于驻波干涉的问题,如果光波是类似声波那样的纵波呢? 半波损失也不难理解,就是反射波密与跟进波密相对同速运动的结果, 它们会在半波长处相遇,形成加强的波密效果, 具体还是等光波“还俗”后再说了, 还有临界状态下的激光谐振腔相对地球运动时, 是否会出现输出功率的变化,都有待进一步的探讨和实验,




 [4楼]  作者:qapin  发表时间: 2006/11/08 12:28 

理论家正和的实验物理需扫盲,波长法测量长度当然是用行波电子自动计数,难道用目测法点算驻波的个数,也不能将驻波照相慢慢来数
理论家正和的实验物理需扫盲,波长法测量长度当然是用行波电子自动计数,难道用目测法点算驻波的个数,也不能将驻波照相慢慢来数波长的个数呀!不知正和是如何想象用驻波测长度的。
 [5楼]  作者:吴沂光  发表时间: 2006/11/08 15:52 

问题在于(t1- t0 )只有对钟后才可确定?

由实验室来观察一有限波列。这列光波在t0时到达x0,在t1时离开x1。此时,实验室观察者测得这列光波的频率为ν,光速为cx,则波数为

N=ν[t1- t0 – (x1 - x0/cx]

 

波数N由实验确定,(x1 - x0)由原器米确定。问题在于(t1- t0 )只有对钟后才可确定?

 [6楼]  作者:szshanshan  发表时间: 2006/11/08 18:21 

Kr辐射的光速值是分别测波长和频率再相乖,Cs钟测Kr频率不用对钟,行波计数得出铂铱原器1米的Kr波长数不涉及时间,只是记下两次
Kr辐射的光速值是分别测波长和频率再相乖,Cs钟测Kr频率不用对钟,行波计数得出铂铱原器1米的Kr波长数不涉及时间,只是记下两次端面符合的波长数目。计数当然要在一定的时间间隔内进行,但计数所费的时间不用来决定光传播速度,而且在测量Kr辐射的波长值的电子自动计数时,根本就不测量计数所费的时间。替代替的是在另一个实验中用Cs钟单独地去测量Kr辐射的频率。
铂铱原器与Kr波长在不同方向进行比对,将原器米的各向同性传递到Kr波长各向同性。碘稳频或甲烷稳频的氦氖激光的波长值和各向同性,可直接与铂铱原器比较来传递,也可与己确定是各向同性的Kr辐射波长相比较来传递,各国的计量局实验室实际上己用这两种传递方法进行了大量的对比传递,才确定碘稳频和甲烷稳频的氦氖激光的波长值稳是而且各向同性,据此才有1983年的国际米的定义。

[楼主]  [7楼]  作者:正和  发表时间: 2006/11/08 20:02 

一提自动计数器就代替了原理分析?
既然是行波计数器,又如何测驻波波节数?
虽然我不知道行波计数器的原理,但只要假定产生谐振时的谐振腔长度可测,就可知道驻波的波节数了。
[楼主]  [8楼]  作者:正和  发表时间: 2006/11/08 20:17 

不要扯一些与原理无关的仪器名称搪塞过关
怎么又扯上测下落距离了?而且是动态下落端面?我的分析的重点是用驻波法测波长测得的不是行波的波长,针对的是你笼统的“驻波法可以测波长”的说法。(由于你提出一个仪器或者一个方法名字并大谈精度就算完成证明,所以我的分析可能没能准确针对你心中的原理)
现在请你来讲解一下行波计数得出单向光速的原理和公式,而不要避开原理大谈精度。
[楼主]  [9楼]  作者:正和  发表时间: 2006/11/08 20:31 

我盲在不知道那些仪器,而陈氏弟子盲在指着仪器说瞎话
只知道大谈其精度,却不会正确分析其原理。
[楼主]  [10楼]  作者:正和  发表时间: 2006/11/08 20:37 

你的这段话才是需要展开的地方,请
用单向传播光的行波与铂铱原器比较时,因铂铱原器是静止的,相对落体的测量而言,原器的两端面都是不动的,使得符合计数Kr辐射行波的波长数目会简单得多,完全用不着整数波长的“驻波定位法”。

///正和:请就此解释如何计数某一瞬间米原器长度范围内的行波波数。
并请你解释究竟如何实现“驻波法测单向波长”。
只要原理,不必卖弄精度。
 [11楼]  作者:逆子  发表时间: 2006/11/08 22:26 

不要较真!
波长测定方法及技术是没有问题的。

关键是对与静的问题。

就如同打雷与闪电是否同时发生的问题一样,理解这个关系光速的问题与此类同。


※※※※※※
逆子
[楼主]  [12楼]  作者:正和  发表时间: 2006/11/09 13:09 

"只是记下两次端面符合的波长数目"???
什么叫端面符合?这个关键问题不谈,其它大段文字都是浪费。莫非端面符合指的是谐振(与产生驻波的条件相同),因有了我对驻波的分析在先,所以你不敢明言?如果是这样的文过饰非,我就不好说什么了,
 [13楼]  作者:szshanshan  发表时间: 2006/11/09 18:41 

行波经过端面1时的符合信号启动波长计数器开始计数,行波到达端面2时的符合信号关闭波长计数器停止计数。符合信号的产生是由端面
行波经过端面1时的符合信号启动波长计数器开始计数,行波到达端面2时的符合信号关闭波长计数器停止计数。符合信号的产生是由端面镜的反射光来控制波长计数器的启动与停止,端面镜的反射光同时还可触发Q开关来控制被行波光路的通断。通常第1端面镜是光波分束镜,脉冲光穿过分束镜的同时产生反射光来启动波长计数器,脉冲光到达第2端面镜产时产生反射光来关闭波长计数器。这个过程完全没有用谐振器更不存在驻波。
吴沂光的质疑才是关键的,即,计数波长的计数器的开启与关闭的时间之差是否被用来决定波速?回答是否定的,计数波长的开启与关闭的时间根本就不测量,测量的只是行波两次与端面符合之间的波长的个数(可计数到小数点后的数)。即,只测量长度,不测量时间差。若是用时间差除长度来求速度就会走老路而出问题,因为测两地的时间差要对钟,波长计数法与干涉法一样都是不能测单向光速的。
上世纪70年代用端面符合的波长计数比较铂铱原器米与甲烷稳频氦氖激光(He-Ne:CH4激光)的波长,测出1米中的波长数为294791.21个,He-Ne:CH4激光真空中波长为3392231.40×10^-12m,甲烷稳频氦氖激光的频率是用Cs原子钟测量的,美国标准局(NBS)K.M.Evenson等人测量得到的He-Ne:CH4激光的频率值88376181627±50Hz, He-Ne:CH4激光的频率值与真空中波长之积为299792458m/s,这正是得到了1973年召开的国际天文联合会的承认和推荐的光速值。此推荐的光速值于1975年在第十五届国际计量大会上得到正式通过。1983年国际计量大会米又以此光速值来定义米。
波长与频率之积的单向光速对特定的几个光波己经测量了,测量时跳出了经典的长度除以时间差的速度定义,用了波长与频率之积的波速来定义光波速度,而且至少时间单位是用了量子跃迁辐射的周期所定义的秒,从而避开了异地钟的校准。
由于对比光波长与铂铱原器米时不涉及光波传播时间的测量,只比较1米波长数目,是稳态的测量问题,只涉及长度本来用行波或驻波原则上是一样的(因为纯长度无传播方向可言),但为了不引起不必要的误会用行波来比较能更好地说明问题,而且用静态的驻波难以计数1米波长数目,用行波则更容易计数波长数。
 [14楼]  作者:吴沂光  发表时间: 2006/11/10 17:24 

回复:姗姗上面所说的话可以这样理解:用一个时钟借助光信号来指示行波经端面1和2时所有的时间。

用这个方法之前,不就是先要知道光的行为? 所以,测量还是存在逻辑的问题。

 [15楼]  作者:szshanshan  发表时间: 2006/11/10 18:54 

理解不对! 比较两个长度时不要用钟,只是用端面的反射光信号来开关行波波长计数器,自动记录的波长个数是长度而不是时间。驻波是
理解不对! 比较两个长度时不要用钟,只是用端面的反射光信号来开关行波波长计数器,自动记录的波长个数是长度而不是时间。驻波是难以自动计数出1米的波长数目,若是真能照相定格下来慢慢数,也是比较长度的方法。这时只把驻波看成为亮度起伏的静态形状,没有传播方向的问题,仅仅是计量明暗间隔的数目,更是纯长度问题而与时间完全无关。不要把用尺丈量某跑道长度的简单的长度计量问题与时间测量扯到一起,丈量过程当然要用时间,但丈量过程费的时间是不测量、不记录和完全不考虑的。因为决定单向光速並不需要知道把波长测量出来费了多少时间。行波自动计数用的时间很短,驻波的明暗间隔的数目的点算所用的时间很长,无论时间长短都不影响单向光速的测量。

 [16楼]  作者:吴沂光  发表时间: 2006/11/11 08:22 

回复:要把行波分布定格于米原器上,就要用反射光信号来开关行波波长计数器。万变不离其宗,“反射光信号来开关”的实质意义与爱?
回复:要把行波分布定格于米原器上,就要用反射光信号来开关行波波长计数器。

万变不离其宗,“反射光信号来开关”的实质意义与爱因斯坦光信号对钟的意义一样。也就是说,我们要预先知道反射光信号的性质(如是否各向同性等),不预先假设,则无法确定开关计数器是否“恰恰好”。 实验设计要符合“双盲”标准。假设存在“以太”飘移,我们就无法用反射光信号来开关行波波长计数器。从理论上讲,我们可以改用“机械偶合”方法,当然精确定是达不到。

所以,还是逻辑反复,即单向光速不可测。

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 [17楼]  作者:szshanshan  发表时间: 2006/11/11 14:41 

同步于光通过端面打开与关闭波长计数器,有反射信号法、光敏电流法、折射率电子开关法等,都不涉及对钟,更与以太存在否无关。上
同步于光通过端面打开与关闭波长计数器,有反射信号法、光敏电流法、折射率电子开关法等,都不涉及对钟,更与以太存在否无关。上个世纪电子技术和激光技术发展之后,尤其是光纤通讯技术普遍应用之后,光学开关是常用的器件,光通过两端面同步地打开与关闭波长计数器是件简单的工作,为何您总是要把简单的事情复杂化,将单纯的长度比较与时间测量扯到一起?
若是单向光速不可测,波长与频率之积的光速值在1983年己被用来定义长度单位“米”,难道“米”不是单向的而是双向的,只有正反两次测量平均后才有效?或者光速值299792458m/s不是测量出来而是恁空臆想或伪造出来的?

 [18楼]  作者:吴沂光  发表时间: 2006/11/11 15:53 

反射信号法的原理应该是:


实验室一行列光波,通过米原器A端后再到达米原器B端。A端有控制光通过的开关,B端有波数计算器。

当光波到达B端将启到计算,此时B端有光分束反镜,使得分束的的光波原路返回而到达A端,A端接受到返回的信号后即关闭光路。1米除以计算器得到光波的个数就为波长。


很明显,除非先假定正和返路的光速相同,否则,如此测得的是平均回路光速的波长,而不是单向光速。


<>
 [19楼]  作者:szshanshan  发表时间: 2006/11/11 17:30 

米原器A端有两个相同的波长计数器同时打开计数,其中一个从A端慢移至B端保持读数不变。在连续的光行波上有一调制信号脉冲,脉冲通
米原器A端有两个相同的波长计数器同时打开计数,其中一个从A端慢移至B端保持读数不变。在连续的光行波上有一调制信号脉冲,脉冲通过A端时刻触发光电开关A (延迟某时间) 关闭A计数器, 脉冲再通过B端时刻触发同样的B光电开关(延迟同样的时间) 关闭B计数器。两计数器之差就A是B端面间的波长数目。
实际上,两计数器用电线传递的电信号控制其开启,並将A与B的读数显示在电脑屏幕上实时显示读数之差,可保证两者的读数长期稳定地相同(不是靠移动计数器读数不变的假设)。行波上加上调制(如调幅)信号脉冲的方法也可用飞秒激光脉冲来取代,当然是在实验证实了“用飞秒激光脉冲前后关闭A与B两波长计数器的读数差与用行波自身的调制信号脉冲前后关闭A与B两波长计数器的读数差是相同的”之后才可以,不能是基于行波与激光脉冲传播速度相同的假设。真正的测量也不是直接用米原器,而是用米原器复现的多个实物长度的真空腔,要检验所得的波长计数器的读数差是否与实物长度成正比。

[楼主]  [20楼]  作者:正和  发表时间: 2006/11/11 22:27 

不是实验有问题,就是姗姗的理解有问题

米原器A端有两个相同的波长计数器同时打开计数,其中一个从A端慢移至B端保持读数不变。在连续的光行波上有一调制信号脉冲,脉冲通过A端时刻触发光电开关A (延迟某时间) 关闭A计数器, 脉冲再通过B端时刻触发同样的B光电开关(延迟同样的时间) 关闭B计数器。两计数器之差就A是B端面间的波长数目。

//正和:“从A端移到B端保持读数不变”表达有问题吧?应当是“保持正常计数”吧?按前一种理解实验毫无意义。按后一种理解,则两计数器最后的计数必相同。证明如下:可假设光子成对同时发送在两条平行光路上,最后发送一对高能光子作为停止信号。两个计数器各计数其中一列光子。虽然一个计数器移动到另一端的过程中收到光子的时间间隔不均匀,但不会遗漏任何一个光子也不会多计任何一个光子,直到计数到高能光子为止,所以计数必相同。由此可见,不是实验有问题,就是姗姗的理解有问题。以下的大段文字又是老毛病了,在原理都没有被认可时,大谈无关的精度。

实际上,两计数器用电线传递的电信号控制其开启,並将A与B的读数显示在电脑屏幕上实时显示读数之差,可保证两者的读数长期稳定地相同(不是靠移动计数器读数不变的假设)。行波上加上调制(如调幅)信号脉冲的方法也可用飞秒激光脉冲来取代,当然是在实验证实了“用飞秒激光脉冲前后关闭A与B两波长计数器的读数差与用行波自身的调制信号脉冲前后关闭A与B两波长计数器的读数差是相同的”之后才可以,不能是基于行波与激光脉冲传播速度相同的假设。真正的测量也不是直接用米原器,而是用米原器复现的多个实物长度的真空腔,要检验所得的波长计数器的读数差是否与实物长度成正比。

[楼主]  [21楼]  作者:正和  发表时间: 2006/11/11 22:47 

姗姗的逻辑能力有待提高啊

行波经过端面1时的符合信号启动波长计数器开始计数,行波到达端面2时的符合信号关闭波长计数器停止计数。符合信号的产生是由端面镜的反射光来控制波长计数器的启动与停止,端面镜的反射光同时还可触发Q开关来控制被行波光路的通断。通常第1端面镜是光波分束镜,脉冲光穿过分束镜的同时产生反射光来启动波长计数器,脉冲光到达第2端面镜产时产生反射光来关闭波长计数器。这个过程完全没有用谐振器更不存在驻波。

//正和:显然这个实验假定了启动信号从端面1传到计数器的时间与停止信号从端面2传到计数器的时间相等,这等价于假定两个不同方向上的光速相等,再次陷入逻辑循环。姗姗的逻辑能力有待提高啊。

 [22楼]  作者:szshanshan  发表时间: 2006/11/12 19:25 

正和学点实验基本知识吧!
A端慢移至B端保持读数不变,这种说法是为了便于理解。实际上计数同一行波的A端与B端的计数器的读数值可以调到相同,也可任其保持一个恒定的差值K。行波上的调制脉冲先后触发A与B的光电开关分别关闭A端与B端计数器后,B端比A端多计数的读数扣除原先的差值K之后,正是A端至B端1米长度内的行波的波长数目。
[楼主]  [23楼]  作者:正和  发表时间: 2006/11/12 20:42 

不便于理解!“保持读数不变”是什么意思?其他人读明白了吗?
你还是没有能力正确分析实验。我想旁观者如吴沂光都读明白了我的逻辑了。

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