康普顿效应中电子-光子碰撞过程的研究

康普顿散射公式中光子波长的连续变化与光量子假说在表面上存在着不一致.为此文章分析了康普顿效应中电子和光子的碰撞过程,指出康普顿散射光子波长的连续变化可以通过自由电子连续的“虚光子吸收”和“虚光子发射”过程来加以说明.     

康普顿效应的进一步讨论

详细阐述了康普顿散射的实验现象和物理解释,从康普顿效应与光电效应的微观区别、光的粒子性等角度,分析了康普顿效应中容易产生的误解和疑惑,揭示了康普顿散射中光子与电子相互作用过程的波粒二象性物理本质.最后简单介绍了康普顿效应的逆效应.     

吴有训与康普顿效应

 康普顿效应发现于1923年,是美国物理学家康普顿(A.H.Compton)经过长期研究所获得的成果.这个效应不能用经典理论解释.只能把光看成是具有能量和动量的光子,光子与自由电子作完全弹性碰撞,才能比较完满地作出解释.所以康普顿的发现具有伟大的历史意义,它肯定了光的粒子性,而波粒二象性正是量子力学的基础.但是由于经典物理观念很深蒂固,康普顿效应一经提出,就遭到人们的怀疑和非难.有人认为实验证据不够充分,有人提出新的实验结果,作出新的解释,向康普顿的结论挑战.为了取得更全面的实验证据,康普顿所在的芝加哥大学赖尔森物理实验室开展了深入的研究,其中来自中国的研究生吴有训工作最有成效.他以高超的实验技术、严密细致的工作,为康普顿效应的确证作出了杰出贡献.     

对电子双缝实验的一种解释

量子力学的创立者之一，费曼教授写道：世界上根本没有一个人真正懂得量子力学．其因之一，就如他所描述的电子通过双缝产生干涉的实验．一个电子怎么可能既通过缝1，同时又通过缝2呢? 1关于波粒二象性 有关黑体辐射的性质和规律可以用热力学理论来解释，用经典电磁理论和经典统计理论也能导出辐射能量按波长的分布公式．用这两种方法推出来的公式，在长波区和短波区分别获得了和实验一致的效果，但这两个公式不能统一．短波区公式由维恩推得，并导出了维恩     

半无限周期光子晶体全反射隧穿效应的共振机理

建立了一维半无限周期光子晶体的谐振腔模型.利用谐振腔的共振条件推导出全反射隧穿导带波长满足的解析公式,从理论上解释了一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应产生的物理机理.利用波长的解析公式对全反射隧穿导带的波长随导带级数、腔光学厚度以及入射角的变化规律进行了研究,解释了一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应的变化规律.将共振理论的结果与色散法的结果进行比较,其结果吻合.     

半无限周期光子晶体全反射隧穿效应的共振机理

建立了一维半无限周期光子晶体的谐振腔模型.利用谐振腔的共振条件推导出全反射隧穿导带波长满足的解析公式,从理论上解释了一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应产生的物理机理.利用波长的解析公式对全反射隧穿导带的波长随导带级数、腔光学厚度以及入射角的变化规律进行了研究,解释了一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应的变化规律.将共振理论的结果与色散法的结果进行比较,其结果吻合.     

光电效应和康普顿效应中光子和电子之作用

 我们知道,当波长较短的光与物质相互作用时,则表现为粒子性.光电效应和康普顿效应(亦称康普顿散射)是光的粒子性的最好证明.在这两种效应中都包含了光子和电子的作用,那么在这两种效应中,光子和电子作用有什么不同?在什么情况下,产生光电效应?在什么情况下,产生康普顿效应?这些问题常使学生感到困惑.为回答上述问题,本文试对这两种效应中光子与电子作用的异同之处作一定性讨论.     

光电效应和康普顿效应的矛盾辨析

高中物理(人教版)教材第三册先后出现了光电效应和康普顿效应这两个内容,作为光具有粒子性的重要证据来学习.为了解释光电效应中的极限频率和瞬时性问题,爱因斯坦假设了这样一个情景:一个电子只能吸收一个光子的能量,而且必须是整份吸收,即是说,     

利用虚光子理论对轴沟道辐射的分析

 考虑电子的反冲的影响，利用虚光子与相对论电子的康普顿散射理论对轴沟道辐射进行了研究。在与电子纵向运动静止的坐标系中，把晶格场等效为虚光子。当虚光子与作沟道运动的电子发生康普顿散射时，虚光子就会转化为实光子辐射出去。根据该理论，得到了含有康普顿波长项的轴沟道辐射的精确波长表达式，其近似式就是经典理论推导的公式；同时得到了单电子轴沟道辐射的光子产额和辐射功率的公式，结果也与经典理论公式一致。     

MO－PVA与EO－PVA膜片双色光子存储

首次用ＭＯ－ＰＶＡ、ＥＯ－ＰＶＡ两种样品．在５１４ｎｍ波长光激发下，实现了６３３ｎｍ可擦除光存储，并研究了写入光束对预激发光的依赖关系，用四能级双色光子共振模型对各种实验现象进行了解释。     

光电效应和康普顿效应──光子碰撞的两种不同结果

频率为v的电磁波与物质的作用,可以看成是能量为hv的光子与原子碰撞的过程.光子碰撞时,有些引起光电效应,光子的能量hv被原子吸收,转移给某个电子,该电子便脱离原子,形成一个自由电子和一个正离子,而有些则发生康普顿效应,光子被原子内较松散的外层电子所散射,它的飞行方向偏转.为什么同是光子碰撞过程,却会引起截然不同的两种效应呢? 实际上,光子碰撞引起的效应,并不限于这两种.除了光电效应和康普顿散射外,还可能会发生其他一些更复杂的现象.例如,光子可能被原子核散射(核致康普顿效应);它可能被原子核吸收,使核分裂(核的光电效应);光子可…     

对光电效应和康普顿效应几个问题的讨论

本文回顾了古典光电效应和康普顿效应实验,解释了为什么在这些实验中分别只观察到一种效应,以及这两种效应各自发生的条件。另外讨论了在两种效应中的能量和动量守恒情况,最后用多普勒效应证明了光子在康普顿散射过程中的完整性。     

光源旋转效应--用光谱仪测量确认光的波长变化

光可以让光电池产生电流,光通过旋转透明介质,对光电池产生的电流及光压力、光波长、光强度等等光学数据,与光通过此透明介质静止时的光学数据不相同的现象称为光源旋转效应.列别捷夫没有用光源动态的观点去研究光压力,爱因斯坦没有用光源动态的观点去研究光量子的能量公式、光电方程.密立根没有用光源动态的方式测定普朗克常数,康普顿也没有用光源动态的观点去思考康普顿效应.喇曼也没有用光源动态的观点去思考喇曼效应.本论文是光通过旋转透明介质产生的光学现象实验,用光谱仪测量光的波长变化、光的强度变化.进一步确认了光通过相对运动的透明介质与光通过相对静止的透明介质产生的光学数据不相同的光学现象.进一步证实了爱因斯坦光量子的能量公式、光电方程、康普顿效应、喇曼效应有局限性,普朗克常数不是普适常数,离心力影响光压力.     

独立伪热光源的双光子干涉

自Dirac提出一个光子只能与自己干涉之后，Mandel等人用两个独立的激光器实现一阶干涉实验，引发了人们对于独立光源干涉问题的更多关注和探讨。我们首次以两个独立的伪热光源观察到二阶关联亚波长干涉现象。在实验中发现当两个独立的光源偏振相同时，固定一个单光子探测器扫描另一个探测器，通过符合探测能够探测到类经典的一阶干涉；在反对称的方向（x，-x）同时扫描两个探测器，能够探测到亚波长干涉条纹。用经典的理论方法也可对此现象作简单的解释。当光源的偏振互相垂直时，则无法探测到类经典的一阶干涉或亚波长干涉。这些实验现象将有助于人们理解双光子干涉的本质；热光因其双光子特性有可能有些特殊的应用。     

一维光子晶体缺陷模偏振特性的研究

利用一维光子晶体的透射率公式,计算出一维光子晶体掺杂后TE波和TM波缺陷模的波长随入射角的响应曲线、缺陷模透射峰随入射角的响应曲线、缺陷模透射峰随入射波长的响应曲线.研究发现,TE波和TM波的缺陷模透射峰均随入射角的增加而向短波方向移动；TE波缺陷模透射峰的半高宽度(FWHM)和峰值随入射角的增加而减小,而TM波缺陷模透射峰的半高宽度(FWHM)和峰值确随入射角的增加而增加；对TM波其波长为λ0的缺陷模也存在明显的“广义布儒斯特角”现象, TE波的缺陷模不存在“广义布儒斯特角”现象.     

基于监测波峰绝对积分的双折射光子晶体光纤环镜轴向应变传感器研究

理论推导了双折射光纤环镜波长变化与轴向应变的公式,研究表明：双折射光子晶体光纤环镜轴向应变灵敏度比传统双折射光纤环镜大为减小。通过监测双折射光子晶体光纤环镜波长的变化,来实现轴向应变的测量就变得较为困难;且输出干涉光谱局部呈凹凸不平,波长监测容易导致数据测量误差。实验监测双折射光子晶体光纤环镜应变光谱,对应变光谱分析发现：随着应变增加,监测波峰下的绝对积分呈现减小的趋势。进一步精确计算分析发现：监测波峰下的绝对积分与应变成线性关系。基于此,提出了通过监测波峰下的绝对积分的变化,来实现轴向应变的测量。波峰下的绝对积分是表征各波长光强的综合性能指标,通过监测波峰下的绝对积分的变化,来实现轴向应变的测量,不仅可以克服双折射光子晶体光纤环镜监测波长变化的困难,而且还可以克服波长监测局部寻优导致的测量误差。     

利用虚光子散射对回旋脉塞自发辐射的分析

利用电磁场变换分析了带电粒子在磁场中的螺旋运动,基于康普顿散射理论和多普勒公式分析了虚光子与带电粒子的康普顿散射,并推导了在磁场中做螺旋运动的带电粒子的自发辐射波长公式.结果表明,当带电粒子在回旋脉塞的磁场中作螺旋运动时,在粒子静止系中可以观察到运动的周期性变化电场和磁场,即运动的虚光子.通过与带电粒子发生康普顿散射,虚光子能够转化为实光子辐射出去.     

利用虚光子和康普顿散射对同步辐射的分析

 从虚光子的康普顿散射出发,给出了一种对同步辐射进行解释的新理论。当带电粒子在加速器中做圆周运动时,加速器的磁场可以看作周期静磁场,可以等效为虚光子。当该虚光子与加速器中运动的带电粒子发生康普顿散射时,就会转换为实光子辐射出去。给出了同步辐射实光子的波长的计算公式,并从合肥国家同步实验室和北京同步辐射装置的峰值特征波长以及斯坦福直线加速器中心的 E_c/ E_e³值、强磁场中子星极区的同步辐射等方面验证了该公式的正确性。     

温度对液晶填充光子晶体光纤传输特性的影响

利用液晶的折射率是温度和波长函数的特性,在光子晶体光纤(PCF)芯区的空气柱中填充向列相液晶,通过改变温度来改变液晶的折射率,构成了一种温度凋制光子晶体光纤.用阶跃有效折射率模型研究了温度对这种光子晶体光纤在不同光波长时传输特性的影响,并进行了数值计算.结果表明液晶填充使光子晶体光纤的色散减小,由于折射率对温度和波长变化敏感,改变温度可以使光纤在长波长区域出现单模传输,在短波长时不会出现单模传输,即使包层相对孔径很小也不会出现无截止单模传输.温度升高使光纤的色散值增大,零色散波长向短波长方向移动.这些特性对温度调制光子晶体光纤器件的设计和应用具有一定的参考意义.     

MO—PVA与EO—PVA膜片双色光子存储

首次用ＭＯ－ＰＶＡ、ＥＯ－ＰＶＡ两种样品，在５１４ｎｍ波长光激发下，实现了６３３ｎｍ可擦除光存储，并研究了写入光束对预激发光的依赖关系，用四能级双色光子共振型对各种实验现象进行了解释。