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一个很有希望的实验:超慢光 + 光点偏移
[楼主] 作者:yanghx  发表时间:2006/11/15 19:12
点击:500次

一个很有希望的实验:超慢光 + 光点偏移

本想与国内某个大学联合实验的,
可看来他们可能也不是很理解这个实验的重要意义,
还是先公布出来,看看哪个实验室有条件、比较重视的话,就先试试看, 王汝勇老师以前也给美国的一个做超慢光实验的机构去过信, 可惜如石沉大海,没有回音,不过那时的超慢光实验还比较复杂, 需要在极低温的钠原子气中实现,不过现在已经很不同了,不少实验室都可以做了, 希望这个实验能早日得到检验,这对以后的实验设计方向有着决定性的意义?

现在大家都对超光速的实验比较有兴趣,
其实“超慢光”的实验也很有意义,
试想我们一直期待的“横向光点偏移实验”主要就是运动速度v比c小很多,
才使得实验难以得到确切的结果,
可是如果能把光速减慢到接近v或甚至比v还小,
我们就只要在实验室里用手移动一下实验装置就可以了:
光点位移量为:Lv/c,

纵向移动的实验可以称为“纵向sagnav实验”,也是这个问题,
不过这里的情况可能稍微复杂一点,
因为估计光在某种介质中的速度之所以会减慢,
可能是由于光在介质(光阻质)中是被来回反射前进的,
来回反射的次数越多,就显得光速越慢,
这样估计就比较接近很多微小的迈克尔逊干涉仪光路的情况了,
如果存在相位差(时间差)也是二阶效应:Δt=Lv/cc,
不过由于c很小了,所以即使是二阶效应,Δt也不小了,
试想如果C<1米/秒,那么CC就会更小,

当然实际的光速c并没有改变,只是反射次数增加很多,
也就是说光程增加了很多---L变得很大,
比如在一个1米长的介质中光速是1米/秒,
那么光在介质中的实际往返光程就是L'=30万公里,
所以最后应该采用哪个计算公式还不很清楚:
Δt=Lv/CC
Δt=L'v/cc

但是对于“横向的光点偏移实验”就比较简单了,
因为我们本来就是要的来回反射光程,
现在相当于介质中有无数多个“原子反射镜”,把光来回反射,光程L就很大了,
而用两个一般的反射镜就存在严重的“反射衰减”问题,
所以实际的往返光程最多也不过数米---十几米,

总之,在“超慢光”的基础上,我们可能很容易的实现想往已久的“光点偏移实验”,
最实际、最直接的应用就是可以制造出相对以太的“相对速度计”,
这不但是航空、航天所需要的东东,而且对进一步研究以太的性质也很有帮助,
当然也不可避免的会对相对论提出最直接的质疑:光速是否具有相对性?

至于怎样实现的问题就不多说了,只简单介绍一下现在有关超慢光的研究情况:
前几年超慢光还只能在极低温的钠原子气中实现,
这几年发展很快,已经可以在室温下的红宝石或BSO晶体中实现了,
我国现在一般可以做到3米/秒--60米/秒,最慢可以做到0.05米/秒,
对设备的要求也不高,完全可以做到整体的移动(纵向或横向),
装置由以下部分组成:
激光器---电光调制器---分光镜---聚焦透镜---BSO晶体---光电管---示波器
............................---参考光---------------光电管---示波器

可以直接从示波器里粗略的得到超慢光与参考光之间的时间差(相位差),
从而计算出超慢光的速度,
同样有趣的是:如果增加电光调制器的调制频率,
就可以轻松的获得“超快光”---超光速(群速度),
(以前学界只承认光的“相速度”可以超光速,但认为“群速度”是不可能超光速的)

但愿我们期望已久的实验结果可以在地面实验室内的低速v下早日出现,

 


 

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 [2楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2006/11/16 14:42 

超慢光是“群速度”?似乎没有保证横行精度的设计
现在的实验,与实验你希望的实验大概还有很大差距。还要克服很多困难吧?
[楼主]  [3楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/11/16 21:57 

目前还没有看出有多大困难,但是关键还要看结果了

现在所说的“超慢光”和“超快光”都是指的群速度,
而且可以通过调节激光的调制频率(或晶体上的外加电场)来实现从超慢到超快的连续调节,
具体的情况介绍我会把资料寄给你,
(如果对“超慢光”更具体的情况有兴趣的朋友,请来信索取资料)

另外,我们现在主要估计“横向sagnac实验”比较有希望,
因为
1、“迈-莫实验”的时间差是“光速3阶效应”:
Δt= 2L(vv/ccc)
计算见后面附文,

2、纵向sagnac效应是“光速2阶效应”:
Δt = Lv/cc
与旋转sagnac效应的转换计算见后面附文,
但是如果可以用干涉仪来观察,也可以观察到较明显的效果,

3、横向sagnac效应是“光速1阶效应”:
ΔL= Lv/c
计算很简单,就不演算了,缺点是不能用干涉法观测,

==================================
附文:
顺风时需花费t1=L/(c+v),
逆风时需花费t2=L/(c-v)
V平均= 2*L/(t1+t2)
=2*L/[L/(c+v) + L/(c-v)]
=2*L/[L(c-v) + L(c+v)/ (c+v)(c-v)]
=2[(cc-vv)/2c]
=(1/c)(cc-vv)
=c(1-vv/cc)

所用时间t=2L/c(1-vv/cc)
与参考臂对比,时间差为:
Δt= 2L/c - 2L/c(1-vv/cc) = (2L/c)[1-(1-vv/cc)]
=(2L/c)(vv/cc)
= 2L(vv/ccc)

---------------------------------

对于“纵向sagnac时间差”Δt = Lv/cc ,
只要把v=rω、Δt=(Δφ/2π)T 代入就得到:
(Δφ/2π)T = L(rω)/cc
即:
Δφ = 2πL(rω)/Tcc = 4ππrrω/λc = 4πSω/λc,
Δφ = 4πSω/λc
这就是现在光纤陀螺的基本计算公式了,








 

[楼主]  [4楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/11/17 16:31 

修正一下,多谢jiuguang指正

所用时间t=2L/c(1-vv/cc)
与参考臂对比,时间差为:
Δt= 2L/c - 2L/c(1-vv/cc) = (2L/c)[1-1/(1-vv/cc)]
=(2L/c) [(1-vv/cc) - 1] / (1-vv/cc)
= -(2L/c) (vv/cc) / (1-vv/cc)
= -(2L/c) vv / cc(1-vv/cc)
= -(2L/c) vv/(cc-vv)  (考虑到cc远大于vv,所以近似有)
≈ -(2L/c)(vv/cc)
= -2L(vv/ccc)
 
这种近似的推导方法在旋转sagnac公式的推导中也有用到过?

另外,顺便说明一下,一般认为sagnac效应是“光速1阶效应”,
主要是因为如果用干涉仪观察可以测量相位差,
而相位差公式中就是“光速1阶效应”了:
Δφ = 4πSω/λc
但是如果是观察低频调制波的相位差Δφ ,λ就很大了,
这样就更接近“光速2阶效应”了?

同样的,如果把“迈-莫实验”中的时间差换成相位差,
也同样是显示出“光速2阶效应”,
但也要看是观察的光波本身的相位差,还是调制波的相位差,
示波器一般只能显示调制波的相位差,
只有干涉仪才能显示光波本身的相位差---条纹移动,




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