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一种很不错的“绝对速度计”---互垂激光谐振腔
[楼主] 作者:yanghx  发表时间:2007/01/12 00:08
点击:445次

我原来一直希望能用运动的激光谐振腔来做“绝对速度计”,
也向王汝勇老师提出过一种类似“迈-莫实验”的互相垂直谐振腔装置,
可以通过测量两个谐振腔产生的差频(拍频)来测量速度,
如果调整的好,估计灵敏度也可以很高的, 其实思路也很简单, 既然激光陀螺的环形谐振腔相对地球旋转时,会产生两个方向光之间的差频, 那么两个相对地球直线运动的“互垂直谐振腔”之间或许也应该有差频产生,

查资料时无意中才得知这种装置德国人几年前就已经做出来了,
可惜他们还是把装置固定于地球上实验的,
所以还是继续认为又一次验证了狭义相对论,
如果他们的测量灵敏度很高,又愿意相对地球运动一下的话,
估计一种“绝对速度计”也就诞生了? 就不知国内哪家有条件的单位或个人愿意试一下看了, 这的确是个不错的思路和发展方向?

具体参见下面的文摘:
(文章中还给出了装置的照片,只是看不太清楚,遗憾)

===========================

《与巨人同行与巨人同行---狭义相对论的最新实验验证》(摘选):

最近,德国康斯坦茨大学和杜塞尔多夫大学的一个研究小组得出了前两个实验的结果。
在经过改进的Michelson - Morley 实验中,研究人员将激光射入两个相互成直角的光学谐振腔,
激光在每个光学谐振腔中形成驻波,其频率依赖于光学谐振腔的长度和在该方向上的光速。
如果光在空间的某一方向上的传播速度比在另一个方向上的传播速度更快,
则旋转实验设备将显示出两个光学谐振腔之间相对频率的变化。
该研究小组发现,两个光学谐振腔之间并没有出现相对频率的变化,
也就是说,光在空间任何方向上的传播速度是一致的,因此符合狭义相对论的理论。

2002 年初,研究人员发现狭义相对论已经通过了经过改进的、
精度最高的Kennedy - Thorndike实验检验。研究人员将稳定光波的
共振与原子钟进行了比较,在进行了为期190 天的观测之后,
发现地球的轨道速度变化为每秒60 公里, 测量结果的精度是以前
Kennedy - Thorndike 测量精度的3倍。研究小组期待在未来的实验中
使用更精确的时钟,测量结果的精度将提高10 倍。

==============================================
相关的报道:狭义相对论的高精密检测
http://www.bookzone.com.tw:81/gate/gb/scc.bookzone.com.tw/sccd/news.asp?ser=601>

 

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 [2楼]  作者:yuajin001  发表时间: 2007/01/12 18:01 

在进行了为期190 天的观测之后,
发现地球的轨道速度变化为每秒60 公里, 测量结果的精度是以前Kennedy - Thorndike 测量精度的3倍。

{{这个结果好象和M-M的实验不一样,
迈克尔逊的实验不是连地球30/s的运动也测不出吗。
这个结果应该与MM型的不一样吧?
请杨兄给说明下?好吗
与您要求的“绝对速度”有什么不同?
[楼主]  [3楼]  作者:yanghx  发表时间: 2007/01/12 22:13 

激光陀螺是一阶效应,但愿“互垂谐振”也是一阶的

《狭义相对论实验基础》张元仲, 1979年9月第1版 , 第30页

(三)Kenncdy—Thorndikc 实验
    Kenncdy和Thorndikc(1932)将不等臂长的干涉仪固定不
动,观测干涉条纹是否随时间而改变位置,即观察是否有周日变化
和周年变化(由于地球自转和绕太阳的公转,地球上的干涉仪在不
同的时间将处于不同惯性系中的不同方位上).  实验并没有观察
到干涉条纹的周日和周年变化. 这个实验的零结果表明,迥路光
速不变性在各个惯性系中均成立.

===================================
可以看出,这个“KT实验”主要强调的是观测量的周日和周年变化,
“互垂谐振腔实验”与MM实验的原理完全不同,
但是从形式上看它们很相象,即如果把MM装置的两个互垂光臂换成两个激光谐振腔,
就得到了这种“互垂谐振腔”装置,
当然MM是测量的干涉条纹移动量,“互垂谐振腔”是测量的差频,

从原理上看,“互垂谐振腔”更接近于激光陀螺的工作原理,
都是谐振腔长度的相对变化---sagnac效应,
对于激光陀螺很短的光程,这个sagnac效应很小,
如果是观测相位差(时间差)就不够了,只有用长光纤引起的大sagnac效应---光纤陀螺,
但是由于激光谐振腔的特点是只要腔长度产生很小的变化,
就会引起谐振频率的足够大的变化,而测量光差频可以精确到数赫兹的变化,
比如激光多普勒测速就是测量的本地光与反射光之间的差频,技术很成熟的,
总之要理解这种“互垂谐振腔”的工作原理,只要了解激光陀螺的原理就行了,
不过激光陀螺的制作工艺比光纤陀螺要求严格,成本也较高,灵敏度也很高,
以前和现在的很多尖端飞行器上主要还是使用的这种激光陀螺,
而近些年的光纤陀螺成本低,比较容易制作,灵敏度也不低,
所以目前认为很有发展前途,

不过激光陀螺的谐振腔比较特殊一点,似乎不是驻波共振,而是行波共振?
所以王老师认为“互垂”的灵敏度不会很高(可能是二阶效应),
希望以后能查找到有关“互垂”更详细的资料,主要看它能达到的灵敏度了,
当然还要看它的体积和结构是否允许以一定的速度相对地球运动,
总之估计要作为实用的“绝对速度计”还要下些功夫,有技术上的也有观念上的,
试想如果这个学者认定了既然假想中的60公里/秒的速度都没有反应,
何况汽车、飞机的速度呢?根本不值得一试呀?
又怎么会在装置的结构抗变形、抗运动振动上下功夫呢? 如果“互垂”真的是一阶效应,那么只要稍微直线移动一下, 就可以有反应了(激光陀螺可以测量极低的角速度), 也就是说可以测量很低的“绝对运动速度”, 不用上汽车、飞机、卫星实验了,呵呵,目前只能是但愿吧,

 

 [4楼]  作者:yuajin001  发表时间: 2007/01/14 12:23 

回复:前后两个自然段,表述的概念不一样,原因在哪里?

第一段是说这个实验得出的结论
“该研究小组发现,两个光学谐振腔之间并没有出现相对频率的
变化,也就是说,光在空间任何方向上的传播速度是一致的,”

因此符合“狭义相对论的理论”。

下一段中好象你说
“研究人员将稳定光波的共振与原子钟进行了比较,在进行了
为期190 天的观测之后,”
关键是:
“发现地球的轨道速度变化为每秒60 公里, 测量结果的精度是
以前Kennedy - Thorndike 测量精度的3倍。

这个根据在哪里呢?如果这样这个实验不就是很成功的发现了
MM型实验想发现的结果吗!

这个实验的原义是不是应该是你表述的结果?
但实际上还是没有发现什么变化?

因此继续符合“狭义相对论的理论”?


 [5楼]  作者:yuajin001  发表时间: 2007/01/14 12:24 

回复:前后两个自然段,表述的概念不一样,原因在哪里?

第一段是说这个实验得出的结论
“该研究小组发现,两个光学谐振腔之间并没有出现相对频率的
变化,也就是说,光在空间任何方向上的传播速度是一致的,”

因此符合“狭义相对论的理论”。

下一段中好象你说
“研究人员将稳定光波的共振与原子钟进行了比较,在进行了
为期190 天的观测之后,”
关键是:
“发现地球的轨道速度变化为每秒60 公里, 测量结果的精度是
以前Kennedy - Thorndike 测量精度的3倍”。

这个根据在哪里呢?如果这样这个实验不就是很成功的发现了
MM型实验想发现的结果吗!

这个实验的原义是不是应该是你表述的结果?
但实际上还是没有发现什么变化?

因此继续符合“狭义相对论的理论”?


 [6楼]  作者:yuajin001  发表时间: 2007/01/14 12:31 

回复:不好意思,怎么多了一个,请歌乐兄删下
一种很不错的“绝对速度计”---互垂激光谐振腔
[楼主]  [7楼]  作者:yanghx  发表时间: 2007/01/14 12:38 

也可以利用超慢光的“全拖动效应”,做出“行波共振”的一阶效应
只要在激光陀螺的光路内加入超慢光晶体, 就可以做出“行波谐振”的一阶效应“绝对速度计”, 只要最后证实了超慢光晶体确实是“完全拖动”, 这个高灵敏的“绝对速度计”就应该是可行的?
[楼主]  [8楼]  作者:yanghx  发表时间: 2007/01/14 12:40 

是个表达问题
 这个资料在这个问题上的确是没有表达清楚,
这个问题还是参见下面的解释比较清楚:

http://www.bookzone.com.tw:81/gate/gb/scc.bookzone.com.tw/sccd/news.asp?ser=601>

“实验的概念是将光送入一个由蓝宝石制成的精密光学腔并使之形成驻波,以大约一百九十天的时间持续观察光在这共振腔内的行为。在这半年前后,地球(也就是整个实验室)在轨道上的运行速度大约有每秒六十公里的变化。如果光的速度与实验室的速度有关,那么半年之后光速的改变将使得光无法在同一个共振腔内形成驻波。”

 

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